Ученые из IBM в Цюрихе и Сколтеха разработали оптический транзистор, состоящий из органического полупроводника и работающий при комнатной температуре. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Nature Photonics и даже отражены на его обложке.
Современные компьютеры уже круто изменили нашу жизнь, однако число и сложность задач по анализу данных продолжает расти. Это требует все более и более мощных вычислительных ресурсов .
В основе современных компьютеров лежит электронный транзистор и архитектура фон Неймана. Архитектура фон Неймана — это принцип, по которому в компьютерах хранятся данные и команды, а транзисторы – это строительные блоки из которых собирают компьютеры. За счет увеличения числа транзисторов и уменьшения их размеров, стали возможными смартфоны и другие подобные устройства, производительность и мощность которых в разы превышает эти показатели у огромных компьютером из недавнего прошлого.
Но далеко не факт, что так будет всегда, возможно компьютеры будущего будут использовать другие принципы, например, будут работать на основе искусственного интеллекта, или нас ждут квантовые компьютеры. Многие ученые тестируют разные технологии и пытаются понять, что же все –таки ляжет в основу компьютеров будущего.
Подсчитано, что мировая индустрия информационных и коммуникационных технологий, которая уже сейчас потребляет вдвое больше электроэнергии, чем вся Россия, к 2025 году будет потреблять до 1/5 мировых запасов электричества. Если вместо электронов использовать фотоны (элементарные частицы света), то эту серьезную проблему можно было бы решить при помощи оптического компьютера, позволяющего обрабатывать информацию со скоростью света, потребляя при этом гораздо меньше энергии.
Команда ученых из исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе совместно с лабораторией профессора Павлоса Лагудакиса в Сколтехе разработала полностью оптический транзистор нового типа на основе поляритонов в органических структурах. Это первый в мире поляритонный оптическийтранзистор, способный работать при комнатной температуре и имеющий беспрецедентно высокий коэффициент усиления. Специалисты считают, что данная разработка является большим шагом на пути к созданию сверхбыстрых оптических логических схем и приближает появление реальных оптических компьютеров.
На первый взгляд может показаться, что фотоны являются идеальной заменой электронов, однако, до сих пор крайне низкая степень взаимодействия между фотонами существенно осложняла построение логических операций. Действительно, какой толк в получении идеальных сигналов на микросхеме, если их нельзя обработать? Для решения этой проблемы ученые Сколтеха и их коллеги из Исследовательского центра IBM в Цюрихе разработали новую структуру на базе органических полупроводников, в которой можно «смешивать» свет и вещество. Свет, попадающий в эту структуру, остается внутри нее и взаимодействует с веществом. В процессе этого взаимодействия образуются так называемые поляритоны, т.е. некий гибрид света (фотоны) и вещества (электроны). Придавая фотонам массу, поляритоны приобретают способность взаимодействовать между собой, что позволяет создавать оптические транзисторы и строить оптическую логику. Представленный исследователями новый полностью оптический поляритонный транзистор обеспечивает сверхвысокую скорость работы и рекордную эффективность. Показано, что тактовая частота нового транзистора может достигать 2 ТГц, что примерно в 1000 раз выше по сравнению с лучшими традиционным процессором. Если ранее разработки в данном направлении велись в основном в области сверхнизких температур, то с появлением органических полупроводников, способных работать при комнатной температуре, можно уже всерьез говорить о реализации реальных устройств на принципах поляритоники.
Аспирант Сколтеха и соавтор исследования Антон Бараников отмечает: «Получить такие результаты удалось во многом благодаря сложнейшей оптической системе, над созданием которой я и остальные члены нашей группы трудились днем и ночью». Научный сотрудник Сколтеха и первый автор статьи Антон Заседателев добавляет: «Лаборатория гибридной фотоники Сколтеха ‒ это уникальное сочетание почти неограниченных экспериментальных возможностей – высококлассного, передового оборудования и команды молодых, талантливых, мотивированных исследователей. В этом состоит успех этой работы! Думаю, однажды фотонные процессоры работающие со скоростью света станут для нас такой же реальность, какой сегодня для нас является оптическая связь.»
Источник: Сколтех
