Technologie | Věda | Čipy

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: Technologie, Věda, Budoucnost, Výzkum, Čipy, Slunce, Klasický tranzistor, Budoucí svět, Optické spojení, Logická operace, Výpočetní čip, Měděný drát, Běžný čip, Elektron, Londýn, Solární článek, Velikost, Velká vzdálenost, Velké datacentrum, Přenos dat, Nedávné rok, Foton, Velký přechod, Kvantový internet, Koncové zařízení


Určitě si přečtěte

10 mýtů a polopravd o bateriích, kterým možná ještě věříte

10 mýtů a polopravd o bateriích, kterým možná ještě věříte

** Kolem baterií a akumulátorů koluje řada mýtů, nepravd a polopravd ** Dnes vám devět z nich zkusíme vyvrátit na základě faktů ** Většina z nich totiž neplatí pro moderní lithiové baterie

Karel Kilián, David Polesný | 99

Antivir zdarma: 8 bezplatných řešení, která zatočí s havětí v počítači

Antivir zdarma: 8 bezplatných řešení, která zatočí s havětí v počítači

** Součástí Windows 10 je integrovaný antivirový program. Stačí to? ** Představíme vám sedm aplikací na boj proti virům a malwaru ** Všechny jsou k dispozici zdarma a některé ani nemusíte instalovat

Karel Kilián | 31

Jak funguje kontroverzní program, který ženám krade plavky. Mají se čeho bát?

Jak funguje kontroverzní program, který ženám krade plavky. Mají se čeho bát?

** Strojové učení ještě nepřitáhlo takový zájem jako na začátku prázdnin ** Ne, umělá inteligence nenašla lék na rakovinu ** Naučila se svlékat ženy nejen z plavek

Jakub Čížek | 35

Co všechno se spouští se startem Windows a proč by vás to mělo zajímat

Co všechno se spouští se startem Windows a proč by vás to mělo zajímat

** Společně s operačním systémem se spouští řada aplikací a služeb ** Mohou mít negativní dopad na celkovou dobu startu Windows ** Jak získat kontrolu nad automaticky spouštěnými programy?

Karel Kilián | 57

Google Coral: Raspberry Pi s čipem, který zpracuje 4 biliony operací za sekundu

Google Coral: Raspberry Pi s čipem, který zpracuje 4 biliony operací za sekundu

** Je to velké jako Raspberry Pi ** Ale je to až o několik řádů rychlejší ** Dorazil nám exotický Google Coral s akcelerátorem Edge TPU

Jakub Čížek | 18

13 praktických tipů a triků pro Mapy.cz, které možná neznáte

13 praktických tipů a triků pro Mapy.cz, které možná neznáte

** Mapy.cz neslouží jen k zobrazení podkladů a plánování tras ** Nabízejí celou řadu dalších praktických funkcí a možností ** Vybrali jsme třináct tipů a triků, o kterých možná nevíte

Karel Kilián | 35