211service.com
Greitesnis optinis perjungimas
Kompiuteriai tampa greitesni, o ryšio signalai greitėja, tačiau sąsaja tarp jų – kai kompiuterių grandinėse esantys elektronai paverčiami šviesolaidinio kabelio fotonais – išlieka nepatogi ir lėta. Nauji tranzistoriai, kurie remiasi virtualiomis dalelėmis eksitonai galėtų tai pakeisti. Eksitonas yra elektrinio sužadinimo būsena, kuri gali pereiti iš vieno atomo į kitą, panašiai kaip elektros srovė. Kai eksitonas praranda energiją, jis išspinduliuoja fotoną, todėl eksitonai gerai perduoda elektrinius ir optinius signalus.
Jaudinanti grandinė: Kalifornijos universiteto sistemos mokslininkų sukurtas naujas lustas optinius signalus paverčia virtualių dalelių, vadinamų eksitonais, srautais, kurie reaguoja į elektrinius laukus, bet yra lengvai paverčiami fotonais. Čia iš lusto centro sklinda trys eksitonų srautai.
Esamų sistemų problema yra optinio signalo ir elektrinio signalo sujungimo barjeras Aleksas Aukštasis , Kalifornijos universiteto San Diege (UCSD) absolventas, kuris atliko tyrimą kartu su kolegomis iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje. Tai pašalina tą papildomą žingsnį. Kadangi eksitonai yra šviesos nešėjai, galite jais manipuliuoti, atlikti loginius procesus šviesoje eksitono pavidalu ir tada išleisti tą šviesą kitoje vietoje.
Tyrėjai sukūrė mažytes, peraušintus integrinius grandynus, pagamintus iš galio arsenido, galinčius siųsti eksitono signalus skirtingomis kryptimis arba sujungti du signalus į vieną darbą, reikalingą kompiuterinės logikos užuomazgoms valdyti, kaip tai daro elektroninės grandinės. Skaičiavimo greitis pats savaime negali būti daug greitesnis nei įprasto lusto, sako Leonidas Butovas , kuris vadovavo tyrimui. Kur galime įgyti greitį, yra fotonų transformacija. Butovas iki šiol pademonstravo 200 pikosekundžių perjungimo greitį, į kurį įeina ir skaičiavimo laikas, ir fotonų pavertimas eksitonais. Įprasto konvertavimo ir perjungimo greitis skiriasi priklausomai nuo medžiagos, tačiau jis yra maždaug lėtesnis nei Butovo jungiklio. (Taip pat prekyboje yra visiškai optinis jungiklis, kurio nereikia konvertuoti optinių signalų į elektrinius. Jo perjungimo greitis yra 50 pikosekundžių, tačiau dėl didelio dydžio jis gali atlikti tik elementarias operacijas.) O 200 pikosekundės dar net nėra galutinis atsakymas, sako Butovas. Galbūt mums pavyks tai padaryti žymiai greičiau.
Sklandesnė optinė-elektroninė sąsaja turi platų poveikį. Skaidulinė optika yra efektyviausias būdas perduoti didelius duomenų kiekius šviesos greičiu ir jis naudojamas daugybėje programų: nuo telekomunikacijų iki temperatūros jutimo iki tiesiog informacijos pernešimo iš vieno kompiuterio lusto į kitą. Tačiau tam tikru momentu optinius signalus beveik visada reikia paversti elektriniais signalais – nesvarbu, ar jūsų stalinis kompiuteris galėtų juos suprasti, ar kad jie galėtų būti sustiprinti ilgos kelionės metu. Tai ne tik lėta, bet ir tradiciniai keitikliai yra brangūs, palyginti dideli ir reikalauja energijos.
Elektra valdydami eksitonus Kalifornijos mokslininkai gali sukurti skaitmeninių loginių vartų užuomazgas. Čia tas pats lustas priverčia eksitonų srautą pasukti į kairę, pasukti į dešinę arba vienu metu išsišakoti dviem keliais.
Tačiau naujasis integruotas lustas priima šviesą tokią, kokia yra, veikia ją pagal poreikį ir išspjauna šviesą iš kitos pusės. Kai fotonas atsitrenkia į lustą, jis išstumia neigiamai įkrautą elektroną iš puslaidininkio atomo, palikdamas teigiamo krūvio skylę. Be įsikišimo elektronas ir skylė tiesiog susijungia. Tačiau UCSD komanda naudoja vadinamuosius kvantinius šulinius, kad elektronas ir skylė būtų atskirti, tačiau pakankamai arti, kad liktų sujungti į vieną vienetą. Ši kruopščiai surišta dalelė vadinama netiesioginiu eksitonu ir turi keistą savybę, kad ji judės patekusi į elektrinį lauką, nors ir yra neutraliai įkrauta. Elektrinių laukų veikiami eksitonai slenka per lustą nustatytu keliu, kol jiems leidžiama rekombinuotis. Tada jie išleidžia savo energiją šviesos blykste, kuris siunčia ryšio signalą į kitą paskirties vietą.
Prototipiniai lustai turi būti atšaldyti iki žemesnės nei -234 ºC temperatūros. Tačiau mokslininkai įsitikinę, kad jiems pavyks iš naujo sukurti savo subtilius kvantinius šulinius puslaidininkinėse medžiagose, kurios leidžia eksitonams susidaryti kambario temperatūroje.
Sukurti lustą taip, kad elektriniai laukai nesuplėšytų eksitonų, buvo viena iš pagrindinių kliūčių mokslininkams. Jei šis laukas tampa per stiprus, jis gali suplėšyti elektroną ir skylę. Projektuojant vartus, apibrėžiančius eksitono grandines, reikėjo naujų dizaino idėjų ir ypatingo kruopštumo juos įgyvendinant, sako Leonidas Levitovas MIT mokslininkas. Manau, kad tai yra esminis eksitono fizikos pasiekimas, kuris taip pat gali turėti labai praktinių pasekmių ir paskatinti pritaikymą.
Butovas ir jo kolegos sutinka. Spalvingose jų lustų nuotraukose matyti eksitonų srautai, kurie gali būti priversti pakrypti į kairę arba į dešinę, kuriuos galima padalinti, kad būtų galima leistis tiek kairiuoju, tiek dešiniuoju keliu, arba, atvirkščiai, kurie gali keliauti dviem keliais ir sujungti. į vieną srovę. Nors komanda norėtų pademonstruoti papildomų gudrybių, pavyzdžiui, signalo stiprinimą, nuotraukos rodo, kad jų grandinės gali būti sukurtos atlikti bet kokią loginę operaciją, kurią gali atlikti tradicinis elektroninis lustas. Ir, pasak mokslininkų, jų lustas tai padarys geriau.