Описанное в исследовании, опубликованном сегодня (28 июля 2016 г.) журналом Science, развитие оптики может стать центральным компонентом компьютеров следующего поколения, предназначенных для удовлетворения растущего спроса общества на обмен информацией.
Это также может быть бальзам для тех, кто беспокоится о предсказанном конце закона Мура, идея о том, что исследователи найдут новые способы продолжать делать компьютеры меньше, быстрее и дешевле.
«Чтобы передавать больше данных при меньшем потреблении энергии, нам нужно переосмыслить то, что находится внутри этих машин», – говорит Лян Фэн, доктор философии, доцент кафедры электротехники в Школе инженерных и прикладных наук Университета Буффало, а также соавторы исследования. -ведущий автор.
Другой со-ведущий автор – Наталья М. Личиницер, доктор философии, профессор электротехники UB.
Дополнительные авторы: Пей Мяо и Чжифэн Чжан, соискатели докторской степени в UB; Джинбо Сун, доктор философии, доцент кафедры электротехники UB; Виктор Валасик, доктор философии, научный сотрудник UB; и Стефано Лонги, доктор философии, профессор Миланского политехнического университета в Италии, и аспиранты UB.
На протяжении десятилетий исследователям удавалось втиснуть все больше компонентов в компьютерные микросхемы на основе кремния. Их успех объясняет, почему современные смартфоны обладают большей вычислительной мощностью, чем самые мощные в мире компьютеры 1980-х годов, которые стоили миллионы в сегодняшних долларах и были размером с большой картотечный шкаф.
Но исследователи сталкиваются с узким местом, в котором существующие технологии могут больше не удовлетворять потребности общества в данных.
Прогнозы различаются, но многие предполагают, что это может произойти в течение следующих пяти лет.
Исследователи решают этот вопрос множеством способов, включая оптическую связь, которая использует свет для передачи информации.
Примеры оптической связи варьируются от старых маяков до современных оптоволоконных кабелей, используемых для просмотра телевидения и работы в Интернете.
Лазеры – центральная часть современных систем оптической связи. Исследователи манипулируют лазерами по-разному, чаще всего направляя разные сигналы по одному пути, чтобы нести больше информации. Но эти методы – в частности, мультиплексирование с разделением по длине волны и мультиплексирование с разделением по времени – также достигают своих пределов.
Исследовательская группа под руководством UB продвигает лазерную технологию вперед, используя другую технику манипулирования светом, называемую орбитальным угловым моментом, которая распределяет лазер по образцу штопора с вихрем в центре.
Команда под руководством UB смогла уменьшить размер вихревого лазера до такой степени, чтобы он был совместим с компьютерными чипами. Поскольку лазерный луч движется по образцу штопора, кодируя информацию в различных вихрях, он может нести в 10 или более раз больше информации, чем у обычных лазеров, которые движутся линейно.
Вихревой лазер является одним из компонентов многих, таких как передовые передатчики и приемники, которые в конечном итоге потребуются для продолжения создания более мощных компьютеров и центров обработки данных.
Исследование поддержано грантами U.S. Управление армейских исследований, U.S.
Министерство энергетики и Национальный научный фонд.