Дослідники з Університету Монаша розробили революційну нанорозмірну схему, здатну генерувати, спрямовувати та зчитувати інформацію на основі світла – все на одному чіпі.
Нова технологія, розроблена вченими зі Школи фізики та астрономії Університету Монаша, поєднує передові матеріали та нанотехнології для подолання давньої проблеми в «велітроніці» — нової галузі, яка може стати основою для швидших та енергоефективних обчислень та квантових технологій.
Вперше команда продемонструвала повністю інтегровану систему, здатну генерувати спеціальні світлові сигнали, спрямовувати їх у точно заданих напрямках і перетворювати на електричні сигнали - все це в компактному пристрої на основі чіпа.
Ці світлові сигнали несуть інформацію, використовуючи властивість, відому як «долина ступеня свободи» — квантову характеристику матеріалів, яку можна використовувати для кодування та обробки даних абсолютно новими способами.
Провідний автор дослідження, опублікованого в журналі Nature Photonics, доктор Чи Лі заявив, що цей прорив вирішує ключове вузьке місце, яке обмежувало розвиток цієї області протягом багатьох років.
"Досі ми могли генерувати або виявляти ці сигнали, але не могли робити все це в одному інтегрованому пристрої", - сказав Лі.
"Ми створили повноцінну систему на чипі, здатну створювати, спрямовувати та зчитувати цю інформацію з дуже високою точністю".
Доктор Кайцзянь Сін, співавтор та науковий співробітник Університету Монаша, сказав, що пристрій працює шляхом використання надтонких матеріалів, завтовшки всього в кілька атомів, у поєднанні зі спеціально розробленими наноструктурами, які контролюють поведінку світла у надзвичайно малих масштабах.
"Ми використовуємо простий метод пошарового нанесення для інтеграції надтонких матеріалів з метаповерхнями, долаючи технічні проблеми прямого вирощування матеріалів на фотонних структурах та забезпечуючи подальший прогрес у велітроніці", - сказав доктор Сін.
Важливо відзначити, що система працює при кімнатній температурі, що робить її набагато більш практичною, ніж багато квантових технологій, що вимагають екстремального охолодження.
Головний автор, доктор Хаоран Рен, стипендіат програми ARC Future Fellow та керівник групи Monash NanoMeta Group, сказав, що ця робота відкриває двері для нового класу компактних програмованих фотонних пристроїв і може дозволити створювати швидші та енергоефективні обчислювальні системи, а також нові підходи до захищеного зв'язку та обробки даних. "Це значний крок на шляху до технологій, що масштабуються на основі чипів, що використовують світло замість електрики для обробки інформації", - сказав доктор Рен.
"Фотонні пристрої використовують світло для досягнення величезної смуги пропускання, надшвидкої швидкості передачі даних та зниження енергоспоживання, тому досягнуте нами має великий потенціал для застосування у квантових обчисленнях, передових системах візуалізації та оптичних системах зв'язку наступного покоління".
У вражальній демонстрації команда успішно закодувала та обробила два різні зображення одночасно за допомогою пристрою, показавши, як воно може обробляти кілька потоків інформації одночасно.
Професор Стефан А. Майєр, керівник Школи фізики та астрономії та лабораторії нанофотоніки в Університеті Монаша, сказав, що ця робота є значним кроком уперед у подоланні розриву між експериментальною фізикою та практичними інтегрованими технологіями.
"Це важливий крок на шляху до повністю інтегрованих велітронних систем", - сказав професор Майєр. "Об'єднуючи світло та квантові матеріали на чипі, ми отримуємо доступ до нових способів кодування та обробки інформації".
У дослідженні взяли участь фахівці з Австралії, Китаю, Сінгапуру, Німеччини та Японії, які об'єднали свій досвід у галузі нанофотоніки, двовимірних матеріалів та оптоелектроніки. До складу команди Університету Монаша увійшли доктор Чи Лі, доктор Кайцзянь Сін, професор Майкл С. Фюрер, професор Стефан А. Майєр та доктор Хаоран Рен. Важливий внесок також зробили Сінгапурський університет технологій та дизайну; Мюнхенський університет імені Людвіга Максиміліана; та Сіднейський технологічний університет.
