Ученые Санкт-Петербургского государственного университета разработали новый способ хранения света для работы с данными оптическим методом. Это может быть особенно актуально для создания оптических компьютеров нового поколения. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Physical Review B.
Объемы информации в современном мире растут в геометрической прогрессии, а для обработки такого массива данных в цифровом виде требуется все больше ресурсов, из-за чего вычислительные возможности современных компьютеров близки к пределу своих возможностей. В связи с этим ученые ищут новые способы, которые позволят увеличить эффективность вычислений. Среди возможных вариантов — создание компьютеров нового поколения, например оптических, которые для передачи и обработки информации используют свет (фотоны) вместо электрических сигналов, применяемых сегодня.
Оптические системы слабее нагреваются и потребляют меньше энергии по сравнению с традиционными полупроводниковыми устройствами, однако их интеграция с электронными системами требует создания принципиально новых технологий. Физики Санкт-Петербургского государственного университета предложили новый способ такого хранения света с помощью явления трехимпульсного фотонного эха в магнитном поле, что в перспективе может значительно ускорить вычисления.
«Протокол фотонного эха использует два лазерных импульса для записи информации и один для считывания. Главная сложность в таком подходе — сохранить когерентность света, то есть фазу световой волны (ее положение в цикле колебаний). Для записи информации используются особые состояния в полупроводниковых кристаллах — экситоны. Они позволяют записывать и считывать данные за очень короткое время, лишь за триллионные доли секунды. Чтобы информация хранилась дольше, экситоны переводят в "темное" состояние с помощью магнитного поля», — пояснил один из авторов исследования, аспирант СПбГУ Роман Назаров.
Экситоны — это связанные пары из электрона и «дырки» (места, где электрона не хватает), которые образуются в полупроводниках или диэлектриках. Их можно представить как временные «атомы» внутри материала: электрон и «дырка» притягиваются друг к другу, но не сливаются. Экситоны могут находиться в темном состоянии, при котором они не взаимодействуют со светом, не излучая и не поглощая фотоны. Его можно использовать для долгого хранения информации, поскольку в обычном состоянии экситоны быстро рекомбинируют, то есть объединяются, превращаясь в свет, а темным это запрещено, поэтому они могут существовать гораздо дольше.
По словам ученого, свет — это волна, и важно суметь сохранить не только ее амплитуду, но и момент времени, когда волна достигает своего пика, то есть фазу света. Предложенный учеными Санкт-Петербургского университета метод позволяет с помощью магнитного поля сохранить фазу света в темных экситонах, а затем извлечь ее из них для считывания. Полученные результаты открывают перспективы создания устройств нового поколения для хранения оптической информации, работающих с меньшими затратами энергии и доступных для широкого применения.
Исследование выполнено в ресурсном центре «Нанофотоника» Научного парка СПбГУ. Проект «Протокол когерентного оптического контроля экситонов в малых магнитных полях» поддержан грантом Российского научного фонда.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
