Зачем ученые поместили шахматную пешку внутрь компьютера

Мощность современных компьютеров практически достигла своего предела, и увеличивать скорость работы привычными методами скоро будет невозможно. Чтобы компьютеры и дальше становились только продуктивнее, нужны другие подходы к решению этой проблемы. Новая разработка петербургских физиков — один из «строительных кирпичиков» будущего технологического прорыва. Их устройство создает электрическое поле в наноструктуре без участия электрических проводников, а это значительно увеличивает скорость передачи данных. Ученые смогли подтвердить свои результаты экспериментально и опубликовали их в журнале Light: Science & Applications.

Крошечные полупроводники, транзисторы, управляют потоком электрического тока. От их количества во многом зависит мощность и скорость протекающих процессов внутри техники. Еще в 1965 году один из основателей Intel Гордон Мур, отметив бурное развитие микросхем, вывел закон: каждые 24 месяца количество транзисторов на кристалле интегральной схемы будет увеличиваться вдвое. Спустя годы этот способ улучшения подходит к своему пределу. Ученые видят выход в переходе от электронов к частицам света (фотонам). Фотоны как элементарные частицы обладают важными в этом вопросе характеристиками: они перемещаются на тысячи километров без затухания и искажения. Это делает их отличными претендентами на роль переносчиков информации.

Разработанное физиками устройство — один из шагов к оптическому компьютеру. Однако для воплощения этой технологии в жизнь необходимо заменить каждую деталь привычного нам компьютера на оптический аналог. Яли Сунь, младший научный сотрудник физического факультета ИТМО, предполагает, что их разработка сможет стать заменой конденсатора или транзистора будущего компьютера. «С ее помощью [наноструктуры] можно в том числе управлять потоком фотонов: например, менять интенсивность или направление излучения. Также в нашей наноструктуре удалось сгенерировать постоянное электрическое поле — причем только за счет света, без использования электродов или дополнительных электрических систем», — добавляет Яли Сунь.

Помимо смены переносчика информации (электрона на фотон), существует проблема размера самого транзистора. Как мы говорили раньше, чем больше транзисторов умещается на микросхеме, тем более мощным и продуктивным становится компьютер. Таким образом, наноразмер новой разработки решает и эту проблему: физики впервые смогли добиться создания статического энергетического поля без электродов в такой маленькой системе.

Форма нового устройства внешне напоминает шахматную пешку. Оно состоит из кремния и золота — эти материалы широко распространены в микроэлектронике. Артем Ларин, соавтор проекта, инженер физического факультета ИТМО описывает процесс работы устройства так: «Мы светим на [наноструктуру] лазером и формируем электрическое поле в полупроводнике, которое изменяет оптический отклик наносистемы. То есть выходным излучением такой наноструктуры можно управлять за счет света. Это важно для фотон-фотонного взаимодействия. Результаты помогут в создании оптических компьютеров, где все процессы будут выполняться только за счет фотонов».