Что если бы вычислительная мощность устройства зависела в основном от света? Исследователям из Оксфордского университета удалось создать особые «нанопровода», реагирующие на поляризацию света: необычность, открывающая путь к большей плотности хранения информации и десятикратному увеличению вычислительной мощности устройств, которые могли бы извлечь выгоду из такого оборудования.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances. Они сразу же напоминают нам о том, что свет обладает множеством удивительных свойств, которые открывают множество дверей. Например, пресс-релиз Оксфордского университета, в котором представлены результаты, напоминает нам, что свет имеет различные «длины волн», которые можно очень четко отличить друг от друга. Пропуская их через устройства, способные их различать, их можно использовать в качестве различных «информационных каналов». Исследователи отмечают, что именно так работает волоконная оптика: она передает эти различные информационные каналы в одном пучке света.

Хотя такие инструменты уже существуют, исследовательская группа сосредоточилась на другом свойстве, а именно на «поляризации» света. «Хотя мы можем думать об электронах и свете как о распространяющихся по прямой линии, свет на самом деле считается электромагнитной волной, которая относится к колебаниям в электрическом поле. Проще говоря, он обладает присущими ему волновыми свойствами, такими как поляризация«, — поясняется в видеоролике, сопровождающем релиз.

Поэтому поляризация света относится к «направлению» колебаний электромагнитных волн. Эти колебания можно повернуть в нескольких направлениях. Один луч света содержит несколько поляризаций. Так же, как и различные длины волн, ученые задались целью использовать эти различные поляризации в качестве информационных каналов. Их целью было достижение более высокой плотности хранения информации и повышение вычислительной мощности.

«Мы все знаем, что преимущество фотоники перед электроникой заключается в том, что свет быстрее и функциональнее в широкой полосе пропускания. Поэтому нашей целью было полностью использовать эти преимущества фотоники в сочетании с перестраиваемым материалом для достижения более быстрой и плотной обработки информации«, — объясняет Джун Санг Ли, один из авторов исследования.

Другими словами, для достижения поставленных целей им нужен был инструмент, который мог бы «считывать» различные поляризации при получении светового луча. Ученые выбрали нанопроволоки HAD, или «гибридные активные диэлектрики», которые они разработали специально для этой деликатной задачи. Для примера, они в 500 раз тоньше человеческого волоса. Они изготовлены из материала, похожего на стекло, но обладающего особыми свойствами. При освещении эти нанопроволоки способны менять состояние.

«Посылая в нанопроволоку лазерные импульсы, модулированные по мощности и поляризации, можно переключать фазу с соответствующим изменением электрического сопротивления от высокоомного (аморфного) к проводящему (кристаллическому) состоянию«, — утверждают ученые в своем докладе. Наличие двух фаз имеет решающее значение, когда речь идет о компьютерном расчете. Следует помнить, что классический компьютер основан на «битах». Эти биты — самая элементарная единица информации, представленная 0 или 1. Поэтому бит может находиться в состоянии 0 или 1, и именно на этих 0 и 1 основаны все более сложные компьютерные программы. Позволяя этим нанопроводам иметь два различных состояния, можно проводить расчеты на этой бинарной основе.

Но это еще не все. Чтобы соответствовать требованиям исследователей, нанопровода также должны были быть способны реагировать в зависимости от направления поляризации света. По их словам, им удалось заставить каждую нанопроволоку реагировать по-разному в зависимости от направления поляризации. Таким образом, они смогли параллельно получать различные каналы информации из одного пучка света. Другими словами, каждая поляризация позволяет проводить расчеты параллельно с другими.

«Это только начало того, что мы хотели бы увидеть в будущем, а именно использование всех степеней свободы света, включая поляризацию, для значительного распараллеливания обработки информации«, — говорит профессор Бхаскаран, возглавлявший исследование.