Světelné počítače jsou o krok blíž. Fotony jsme zkrotili v prostoru velikosti čipu

  • Vědci vylepšili technologii pro světelné čipy
  • Fotony jsou nástupcem elektronů nejen u přenosu dat, ale i u logických operací
  • Nová technologie umožňuje interakci fotonů v řádech mikrometrů nanometrů

Vědci z Královské univerzity v Londýně představili novou technologii v oblasti interakce fotonů, která přibližuje příchod světelných čipů. Ty jednou bezesporu nahradí klasickou dnešní elektroniku, jež využívá elektronů. Hlavním úspěchem je zmenšení vzdálenosti nutné k efektivní interakci fotonů, která byla zmenšená na úroveň mikrometrů (stovky nanometrů) a začíná tak být použitelná pro klasické velikosti výpočetních čipů.

Optika nejen na přenos dat

Už desítky let používáme na logické výpočty elektrony (proto označení elektronika) a stejně tomu bylo i u přenosu dat skrze měděné dráty na krátké i delší spoje (například telefonní, kabelové dráty a podobně).

V případě přenosu dat na větší vzdálenosti se ale začalo postupně přecházet na efektivnější světlo (fotony). Nejdříve u velmi dlouhých vzdáleností a dnes vedou optické kabely třeba i přímo do jednotlivých domácností nebo je například i v rámci centimetrů najdeme uvnitř speciálních počítačů. Velký přechod v tomto směru je vidět například u HP a The Machine, kde jsou paměti připojené optickým spojením.

Doposud byl ale problém pracovat se světlem ve velmi malých rozměrech, což je hlavní problém, pokud chcete postavit čip, který by uvnitř využíval pouze fotonů pro veškerou interakci a logiku. Ale vědcům se podařil průlom.

Zmenšení 10 000×

Podobně jako tranzistory u elektronických čipů, i v případě světelných čipů je nutné mít základní nejmenší prvky dostatečně malé na to, aby jich bylo možné umístit spoustu do velikosti běžného čipu.

Zatímco dříve bylo možné s fotony pracovat pro logické výpočty v rozměrech centimetrů, což je pro vytvoření čipu nepoužitelné, nyní se s novou technologií podařilo potřebnou vzdálenost dostat do řádu mikrometrů. Znamená to neuvěřitelný skok zmenšení 10 000×.

Tyto rozměry se tak už přibližují klasickým tranzistorům, respektive jejich velikostem, alespoň z pohledu nedávných let (nyní už jsou na trhu čipy s 10nm tranzistory).

Fotony se nekamarádí jako elektrony

Jedním z problémů využití světla pro logické výpočty je jejich minimální interakce. Když se střetnou dva elektrony, nastává jasná interakce, v případě dvou fotonů ze dvou různých světelných paprsků se obvykle nestane nic a jeden neovlivní vlastnosti druhého. Se speciálním optickými materiály lze sice slabší interakce dosáhnout, vědci ale přišli s lepším řešením.

Speciální nanometrové zařízení zhustí světelné paprsky do miniaturního kanálu o šířce 25 nm, což zajistí zvýšení intenzity. V tomto kanálu s vysokou intenzitou dochází díky tomu k interakci a ovlivnění jednotlivých fotonů a z kanálu tak vychází už upravené fotony.

To stačí k tomu, aby bylo možné na nanometrové úrovni kontrolovat fotony, jejich vlastnosti a tím pádem je použít pro logické operace všeho druhu.

Efektivnější zařízení

Technologie zařízení je postavená na kovu (slouží pro zaostřování světla) a organickém polymeru, se kterým se experimentuje i v oblasti solárních článků. Oba materiály tak nejsou žádnou speciální novinkou a pracuje se s nimi i v hromadné výrobě například i v případě elektronických čipů.

Budoucí světelná zařízení (fotonika) postavená na světelných (fotonických) čipech umožní posun v oblasti efektivity – vyšší výkon při nižší spotřebě a s menším ztrátovým teplem. Kdy k tomu ale dojde? Stejně jako u elektroniky to bude nejspíše postupné a nejdříve se s takovými zařízeními dočkáme v nejnáročnějším prostředí například superpočítačů a velkých datacenter. Ke koncovým zařízením se tak světlo dostane asi až v poslední vlně.

Pokud ale k tomu budeme mít optické spojení rovnou až do domu, už se z nás pomalu můžete stát „světelná civilizace“, kde počítače poběží na fotony, data budou přenášena (kvantový internet) a uložena pomocí fotonů a volné fotony budeme jako zdroj energie zachytávat zdarma ze Slunce. To vše bez nutnosti ztrátových převodů na elektrony.

Originální materiál k výzkumu naleznete na Arxiv.org (PDF)

Diskuze (4) Další článek: Bateriová revoluce v nedohlednu. Ale to co nás čeká, nevypadá vůbec zle!

Témata článku: Věda, Budoucnost, Technologie, Výzkum, Čipy, Slunce, The machine, Jednotlivý foton, Optické spojení, Poslední vlna, Londýn, Velké datacentrum, Hlavní problém, Vysoký výkon, Elektron, Běžný čip, Čip, Foton, Kvantový internet, Miniaturní kanál, Velikost, Světelný čip, Fotonický čip, Hromadná výroba, Hlavní úspěch


Určitě si přečtěte

Nechcete platit za Total Commander? Těmito bezplatnými programy ho můžete nahradit

Nechcete platit za Total Commander? Těmito bezplatnými programy ho můžete nahradit

** Total Commander je na Windows takřka legendou ** Licence však stojí více než tisíc korun ** Našli jsme pro vás deset alternativ dostupných zdarma

Karel Kilián | 141

Sex a rozmnožování při mezihvězdné cestě: Kolik lidí je potřeba pro let k Proximě Centauri?

Sex a rozmnožování při mezihvězdné cestě: Kolik lidí je potřeba pro let k Proximě Centauri?

** Vědci spočítali, jak velká by musela být posádka pro vícegenerační let k nejbližší hvězdné soustavě ** Proxima Centauri se nachází 4,3 světelných let od nás ** Za současných technologií bychom k ní letěli 6300 let

Petr Kubala | 56

Apple dal do MacBooku procesor Core i9 a 4TB SSD. Ani se neptejte, co za to chce...

Apple dal do MacBooku procesor Core i9 a 4TB SSD. Ani se neptejte, co za to chce...

** Apple aktualizoval notebooky MacBook Pro, dostaly nový hardware ** Těšit se můžete na nové procesory a větší paměť ** Cena nejvybavenějšího modelu překročí 200 tisíc korun

Martin Miksa | 99

Apple: naše mapy budou nejlepší na světě. Tajně jsme na nich pracovali několik let

Apple: naše mapy budou nejlepší na světě. Tajně jsme na nich pracovali několik let

** Apple odhalil své plány na zcela nové mapy ** Několik let pracuje na nových mapách, které by měly předběhnout konkurenci ** Objeví se s příchodem iOS 12 pro vybrané státy

Karel Javůrek | 50

15 věcí, které umí Windows 10, ale možná o nich vůbec nevíte

15 věcí, které umí Windows 10, ale možná o nich vůbec nevíte

** Systém Windows 10 umí spoustu užitečných drobností ** O mnoha praktických funkcích pravděpodobně ani nevíte ** Poznejte užitečné tipy, které se vám mohou hodit každý den

Vladislav Kluska | 36

Nová zbraň Microsoftu proti iPadu: Levný tablet Surface Go bude stát jen deset tisíc

Nová zbraň Microsoftu proti iPadu: Levný tablet Surface Go bude stát jen deset tisíc

** Microsoft představil nový tablet Surface Go ** Nový model zaujme nízkou cenou, ale schopnostmi zařízení Surface ** Microsoft nepoužil čip ARM, ale klasický procesor od Intelu 

Karel Javůrek | 116

Budoucnost elektroniky: čeští vědci stojí za revolučním čipem, který nemá ve světě obdoby

Budoucnost elektroniky: čeští vědci stojí za revolučním čipem, který nemá ve světě obdoby

** Čeští vědci pod vedením Tomáše Jungwirtha vyvíjí nový typ revolučního paměťového čipu ** Zatímco v současnosti elektronika pracuje s elektrony, v budoucnu to budou spiny elektronů ** Čipy budou moci být klidně i 1 000x rychlejší a úspornější

Karel Javůrek | 32

Porno insider: Jak virtuální realita vstupuje do filmů pro dospělé

Porno insider: Jak virtuální realita vstupuje do filmů pro dospělé

** Pornografie údajně představuje třetinu internetové obsahu a je technologický tahounem ** Do erotického obsahu postupně zasahuje i virtuální realita ** Kromě vizuálního vjemu se pracuje také na virtuálním uspokojení toho hmatového

Jan Dudek | 28