Ученые ИТМО создали устройство, которым возможно управлять и с помощью света и с помощью электричества: фактически гибридный чип, который в будущем может стать частью вычислительных устройств с увеличенной энергоэффективностью и большей вычислительной мощностью. Исследование проводилось в рамках программы «Приоритет 2030».
Устройство ― это многослойная тонкая пластина: подложка из оксида кремния, фотонный кристалл (решетка из оксида тантала) и лист диселенида молибдена толщиной в три атома. Оно активируется лазерным лучом и работает с помощью сцепленных частиц света и экситонов (экситоны ― связанные состояния электронов и образовавшихся на месте возбужденных электронов пустот ― дырок). Сцепленные частицы света и экситоны называются экситон-поляритонами. Одновременно в устройстве есть входные и выходные электрические контакты. Управлять состояниями экситон-поляритонов можно и с помощью света, и регулируя напряжения в пластинке.
«Мы рассматриваем устройство как оптическое, которое возможно подстраивать с помощью электричества. Можно считать это элементом фотонного компьютера, который управляется не только при взаимодействии со светом, но и при подаче на него определенного 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», ― рассказал ведущий научный сотрудник физического факультета, сотрудник лаборатории «Низкоразмерные квантовые материалы» ИТМО Василий Кравцов.
Фотонные вычислительные устройства, которые рассматривают как возможную альтернативу электронных, способны значительно снизить энергопотребление и увеличить быстродействие. Но аппараты, использующие свет, значительно больше классических. Кроме того, принципы и технологии производства электронных устройств хорошо известны и налажены, в то время как для фотоники нужны новые методы. Такие гибридные устройства, как созданный в ИТМО прототип, могут стать промежуточным переходом 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 определенные специализированные задачи, например, перемножения матриц ― это необходимо для развития нейросетей и машинного обучения», ― сказал Василий Кравцов.
Сейчас создатели устройства занимаются разработкой квантовых симуляторов ― устройств, решающих сложные для классических способов задачи с помощью квантового алгоритма. «Мы пытаемся разработать квантовый симулятор на основе двумерных полупроводников. Для его создания нужно использовать не только однослойный проводник, как в последней работе, но и двуслойные проводники, где два слоя повернуты под определенным углом», сказал Василий Кравцов.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Источник фото: ru.123rf.com
