Реализация концепта
полностью оптических
вычислений.
Этим летом удалось воплотить давнюю мечту вычислительной инженерии. Объединённая команда специалистов по физической химии из Мельбурнского университета (Австралия) и физиков и химиков из Байройтского университета (Германия) реализовали технологию хранения и считывания двоичной информации исключительно оптическим способом. Об этом сообщается в журнале Advanced Optical Materials.
В то время, как ИИ требует от нас всё больших и больших вычислительных мощностей, мы всё ближе подходим к набившей оскомину границе физических возможностей улучшения техпроцесса. При том, что наука давно пытается создать альтернативные квантовые вычисления, обуздав кубиты, полноценного решения задачи пока не видно. Поэтому исследователи обращают внимание на оптику и родственную ей фотонику. В отличие от электронных логических элементов, оптический выход, приводимый в действие светом, позволяет использовать не только интенсивность фотонного потока, но и другие его характеристики. Это вдохновляет многих исследователей на изучение потенциала полностью оптической обработки данных.
«При работе со светом вы можете использовать не только силу сигнала (количество фотонов), но также длину волны (цвет или частоту) или поляризацию (направление колебаний) для различения сигналов», — объясняет доктор Юрген Келер, профессор, заведующий кафедрой спектроскопии мягких веществ Байройтского университета.
Однако эта задача, являясь своего рода конкурирующей технологией по отношению к нашумевшим квантовым вычислениям, сложностью реализации оказалась им весьма под стать. Первые удачные попытки уже насчитывают около 40 лет, так что разработка фотонных устройств приёма–передачи оказывается действительно непростой задачей. Для её решения требуются материалы с высокой фотохимической и фотофизической стабильностью, высокой усталостной прочностью, быстрым откликом, термически необратимой бистабильностью (постоянством свойств при изменении температур), а также подходящие экспериментальные протоколы для неподвижности источников и приёмников фотонов. Все эти слабые места до сих пор препятствовали разработке полностью оптических логических схем.
Выход нашёлся в виде фотопереключаемых молекул, умеющих преобразовываться между двумя бистабильными изомерными формами за счёт поглощения света двух разных длин волн. Этот подход стал многообещающей платформой для оптического кодирования информации в виде присутствия или отсутствия определённого изомера, но и с ним были свои проблемы. Однако нашим сегодняшним героям удалось их решить, применив новый класс фотохромных молекул, благодаря которым получилось создать «строительные блоки» фотонного процессора. Они позволяют обратимо генерировать двоичные выходные сигналы с высокой мощностью распознавания и считывания.
Иными словами, минимально необходимый функционал логических элементов, работающих на фотонах, а не электронах, всё-таки реализован, хотя сами авторы считают своё открытие даже не прототипом будущей технологии, а лишь первым шагом — только фабулой для понимания метода. Несмотря на это, корректное выполнение сотни циклов чтения, записи и стирания данных на одних и тех же полимерных сферах массива микроструктур, состоящих из фотохромных молекул памяти (на рисунке), показало всю значимость проведённой работы.
Так что работоспособность полностью оптической обработки и хранения информации подтверждена эмпирически, а значит технологии подобрались к новому витку развития. Теоретически, предлагая больше, чем электроны, возможностей для мультиплексирования (передачи нескольких потоков данных по одному каналу), свет открывает возможности для массового распараллеливания передачи данных. Поэтому и в хранении данных высокой плотности, и в области сверхбыстрых коммуникаций полностью оптические схемы так и не сбрасывались со счетов, и сегодня у нас есть повод воскликнуть: «Да будет свет!»
По материалам АРМК.