Создан нанометровый сумматор световых сигналов для фотонных вычислений

Смешивание двух сигналов на входе с получением одного на выходе — основа компьютерных операций. Осуществить это легко с электрическими сигналами, но с переходом к фотонным компьютерам превращается в проблему, так как используемые в них световые волны обычно не взаимодействуют между собой.

Соответствующими способностями обладают так называемые нелинейные материалы, но даже лучшие кандидаты из их числа не подходят для компьютерных приложений из-за больших габаритов и высокого расхода энергии получающихся устройств.

Инженеры Пенсильванского университета (Penn State) нашли способ увеличить интенсивность световой волны при ее прохождении по нанопроводу из нелинейного материала сульфида кадмия, что дает возможность производить нужное смешивание световых сигналов сниженной мощности и в меньшем, чем прежде объеме материала.

Как сообщает публикация в Nature Communications, достичь этого удалось заключив нанопровод в серебряную оболочку. Возникающее в результате явление носит название поверхностного плазмонного резонанса. Изменяя поляризацию поступающего в нанопровод света исследователи смогли лучше локализовать его в центральной части устройства, где и происходит нелинейное изменение частоты.

«Создавая структуру, в которой свет главным образом сосредоточен внутри сульфида кадмия, а не на поверхности раздела между ним и серебряной оболочкой, мы можем добиться максимальной интенсивности при генерирования второй гармоники», — поясняет Минлян Жень (Ming-Liang Ren), сотрудник Инженерной и прикладной школы Penn State.

Информацию фотонного компьютера можно закодировать в частоте световой волны, и новое устройство позволяет суммировать две такие частоты: в простом эксперименте авторы показали, как складывая частоту с самой собой можно получить ее удвоение на выходе. Кроме того, варьируя размеры нанопровода и оболочки можно настраивать свет на любую требуемую частоту.

Наиболее важным аспектом данного изобретения является то, что смешивание частот осуществляется в наномасштабе и с очень высокой эффективностью. Используемая оптическая полость повышает интенсивность исходящей волны более, чем в тысячу раз.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365