Первый в мире сверхбыстрый процессор для фотонных вычислений, использующий поляризацию
В статье, опубликованной сегодня в журнале Science Advances , исследователи из Оксфордского университета разработали метод, использующий поляризацию света для максимизации плотности хранения информации и производительности вычислений с использованием нанопроводов.
Авторы и права: Джун Санг Ли, Оксфордский университет
У света есть полезное свойство — разные длины волн света не взаимодействуют друг с другом — характеристика, используемая оптоволокном для передачи параллельных потоков данных. Точно так же разные поляризации света не взаимодействуют друг с другом. Каждая поляризация может использоваться как независимый информационный канал, что позволяет хранить больше информации в нескольких каналах, значительно повышая плотность информации.
Первый автор и студентка докторской диссертации Джун Сэнг Ли, факультет материалов Оксфордского университета, сказала: «Мы все знаем, что преимущество фотоники перед электроникой заключается в том, что свет быстрее и функциональнее в широкой полосе пропускания преимущества фотоники в сочетании с настраиваемым материалом для реализации более быстрой и плотной обработки информации».
Поляризация как независимый канал. Предоставлено: Джун Санг Ли, Департамент материалов, Оксфордский университет.
В сотрудничестве с профессором К. Дэвидом Райтом из Университета Эксетера исследовательская группа разработала нанопроволоку HAD (гибридизированный активный диэлектрик) с использованием гибридного стекловидного материала, который демонстрирует переключаемые свойства материала при освещении оптическими импульсами. Каждая нанопроволока показывает избирательные ответы на определенное направление поляризации, поэтому информация может обрабатываться одновременно с использованием нескольких поляризаций в разных направлениях.
Используя эту концепцию, исследователи разработали первый процессор для фотонных вычислений, использующий поляризацию света.
Фотонные вычисления выполняются через несколько каналов поляризации, что приводит к увеличению вычислительной плотности на несколько порядков по сравнению с обычными электронными чипами. Скорость вычислений выше, потому что эти нанопроволоки модулируются наносекундными оптическими импульсами.
Гибридные нанопровода, способные выборочно переключать устройства в зависимости от поляризации. Предоставлено: Джун Санг Ли, Департамент материалов, Оксфордский университет.
С момента изобретения первой интегральной схемы в 1958 году размещение большего количества транзисторов в электронном чипе заданного размера стало основным средством максимизации вычислительной плотности — так называемый «закон Мура». Однако, поскольку искусственный интеллект и машинное обучение требуют специализированного оборудования, которое начинает раздвигать границы устоявшихся вычислений, доминирующим вопросом в этой области электронной инженерии был «Как мы можем упаковать больше функций в один транзистор?»
Уже более десяти лет исследователи из лаборатории профессора Хариша Бхаскарана на факультете материалов Оксфордского университета изучают возможность использования света в качестве средства для вычислений.
Нанопроволока с гибридным активным диэлектриком (HAD) избирательно переключается по поляризации, и реализуются параллельные фотонные вычисления. Предоставлено: Джун Санг Ли, Департамент материалов, Оксфордский университет.
Профессор Бхаскаран, руководивший работой, сказал: «Это только начало того, что мы хотели бы видеть в будущем, а именно использование всех степеней свободы, которые предлагает свет, включая поляризацию, для резкого распараллеливания обработки информации, сценическая работа, но супер захватывающие идеи, которые сочетают в себе электронику, нелинейные материалы и вычисления. Множество захватывающих перспектив, над которыми всегда приятно работать».
