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)

Témata článku: Věda, Budoucnost, Technologie, Výzkum, Čipy, Slunce, Speciální počítač, Velikost, Světelný paprsek, Logická operace, Nanometr, Vysoký výkon, Dobré řešení, Malý rozměr, Velké datacentrum, Nízká spotřeba, Foton, Jednotlivý foton, Klasická elektronika, Dlouhá vzdálenost, Londýn, Čip, Nová technologie, Světelný čip, Interakce

Určitě si přečtěte