Специалисты ИТМО создали прототип фотонно-электрического чипа для оптических компьютеров.
Сотрудники лаборатории «Низкоразмерные квантовые материалы» ИТМО — ведущего вуза России в области фотонных технологий — создали гибридный чип, управляемый с помощью света и электричества. В будущем чип может статью частью вычислительных устройств с большей вычислительной мощностью и увеличенной энергоэффективностью.
Устройство представляет собой многослойную тонкую пластину. Слои состоят из оксида кремния, фотонного кристалла с решёткой из оксида тантала и листа диселенида молибдена толщиной всего в несколько атомов. Работает с помощью экситон-поляритонов — это сцепленные частицы света и экситоны (квазичастицы, представляющие собой электронное возбуждение). В устройстве есть входные и выходные электрические контакты. Активируется лазерным лучом. Управлять состояниями экситон-поляритонов можно как с помощью света, так и регулируя напряжение в пластинке.
«Мы рассматриваем устройство как оптическое, которое возможно подстраивать с помощью электричества, — объяснил сотрудник лаборатории «Низкоразмерные квантовые материалы» ИТМО Василий Кравцов. — Можно считать это элементом фотонного компьютера, который управляется не только при взаимодействии со светом, но и при подаче на него определённого напряжения. Основная задача устройства ― быть элементом для модуляции света, и в дальнейшем оно может быть использовано для выполнения вычислений. То есть при попадании света устройство переходит в различные состояния, что можно сопоставить с выполнением логических операций».
Фотонные вычислительные устройства, или же оптические компьютеры могут быть заметно энергоэффективнее и быстрее классических электронных устройств. Но для аппаратов, использующих свет, пока не характерна компактность. И технологии их производства ещё не отработаны. Прототип, созданный в ИТМО, может решить ряд проблем перехода от электричества к свету.
«В электронных устройствах есть различные потери, например тепловые. Предполагается, что их можно значительно снизить, если использовать фотонные компоненты. Но на нынешнем этапе рассматривается не замена классических электронных компьютеров, а разработка неких оптических сопроцессоров, которые будут быстрее и энергоэффективнее решать опредёленные специализированные задачи, например, перемножения матриц ― это необходимо для развития нейросетей и машинного обучения», ― отметил Василий Кравцов.
Теперь авторы разработки занимаются квантовыми симуляторами — устройствами, решающими сложные для классических способов задачи с помощью квантового алгоритма. «Мы пытаемся разработать квантовый симулятор на основе двумерных полупроводников, — сообщил Кравцов. — Для его создания нужно использовать не только однослойный проводник, как в последней работе, но и двуслойные проводники, где два слоя повёрнуты под определённым углом».