Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Monash δημιούργησαν ένα μικροσκοπικό νέο κύκλωμα που μπορεί να παράγει, να κατευθύνει και να διαβάζει πληροφορίες που μεταφέρονται από το φως, όλο μέσα σε ένα μόνο τσιπ.
Η πρόοδος αυτή αποτελεί σημαντικό ορόσημο για έναν αναπτυσσόμενο τομέα έρευνας γνωστό ως «valleytronics», ο οποίος θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίτευξη μελλοντικών ανακαλύψεων για ταχύτερη πληροφορική, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και κβαντικές τεχνολογίες.
Ανάπτυξη ενός πλήρως ενσωματωμένου συστήματος
Αναπτυγμένη από ερευνητές της Σχολής Φυσικής και Αστρονομίας του Monash, η νέα συσκευή συνδυάζει την προηγμένη νανοτεχνολογία με υλικά αιχμής για να λύσει μια πρόκληση που περιόριζε τον τομέα για χρόνια. Για πρώτη φορά, η ομάδα κατασκεύασε ένα πλήρως ενσωματωμένο τσιπ ικανό να παράγει εξειδικευμένα φωτεινά σήματα, να τα καθοδηγεί κατά μήκος συγκεκριμένων διαδρομών και να τα μετατρέπει σε ηλεκτρικά σήματα μέσα στο ίδιο συμπαγές σύστημα.
Αυτά τα σήματα αποθηκεύουν πληροφορίες χρησιμοποιώντας μια κβαντική ιδιότητα που ονομάζεται «βαθμός ελευθερίας κοιλάδας». Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτό το μοναδικό χαρακτηριστικό θα μπορούσε να προσφέρει εντελώς νέους τρόπους για την κωδικοποίηση, τη μετάδοση και την επεξεργασία δεδομένων.
Η επίλυση μιας μακροχρόνιας πρόκλησης
Ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ. Chi Li, του οποίου η ομάδα δημοσίευσε τα ευρήματα στο Nature Photonics, δήλωσε ότι το επίτευγμα αντιμετωπίζει ένα σημαντικό εμπόδιο στην έρευνα των valleytronics.
Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες μπορούσαν να δημιουργήσουν ή να ανιχνεύσουν αυτά τα σήματα, αλλά όχι να τα κάνουν όλα σε μια ενσωματωμένη συσκευή. Αυτό που κατασκευάστηκε είναι ένα πλήρες σύστημα πάνω σε τσιπ που μπορεί να δημιουργήσει, να δρομολογήσει και να διαβάσει αυτή την πληροφορία με πολύ υψηλή ακρίβεια.
Η συσκευή βασίζεται σε εξαιρετικά λεπτά υλικά που έχουν πάχος μόλις λίγων ατόμων. Αυτά τα υλικά συνδυάζονται με ειδικά σχεδιασμένες νανοδομές που αποσκοπούν στον ακριβή έλεγχο του φωτός σε εξαιρετικά μικρές κλίμακες. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια απλή προσέγγιση στοίβαξης για να ενσωματώσει τα εξαιρετικά λεπτά υλικά με μετα-επιφάνειες, ξεπερνώντας τις τεχνικές προκλήσεις της άμεσης ανάπτυξης υλικών πάνω σε φωτονικές δομές.
Λειτουργία σε θερμοκρασία δωματίου
Ένα από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα της τεχνολογίας είναι ότι λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου. Πολλά κβαντικά συστήματα απαιτούν εξαιρετικά ψυχρά περιβάλλοντα, γεγονός που τα καθιστά πιο δύσκολα και δαπανηρά στη χρήση τους σε πραγματικές εφαρμογές.
Η εργασία αυτή θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για μια νέα γενιά συμπαγών φωτονικών συσκευών που είναι τόσο προγραμματίσιμες όσο και εξαιρετικά αποδοτικές. Η τεχνολογία θα μπορούσε να υποστηρίξει ταχύτερα υπολογιστικά συστήματα, να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και να επιτρέψει νέες μεθόδους για ασφαλείς επικοινωνίες και προηγμένη επεξεργασία δεδομένων.
Οι φωτονικές συσκευές χρησιμοποιούν το φως για να επιτύχουν τεράστιο εύρος ζώνης, εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, οπότε το επίτευγμα έχει ισχυρές προοπτικές για εφαρμογές στην κβαντική πληροφορική, την προηγμένη απεικόνιση και τα συστήματα οπτικών επικοινωνιών επόμενης γενιάς.
Ταυτόχρονη επεξεργασία πολλαπλών ροών πληροφοριών
Για να αποδείξουν τις δυνατότητες του τσιπ, οι ερευνητές κωδικοποίησαν και επεξεργάστηκαν επιτυχώς δύο ξεχωριστές εικόνες ταυτόχρονα. Το πείραμα έδειξε ότι η συσκευή μπορεί να διαχειριστεί πολλαπλές ροές πληροφοριών ταυτόχρονα, ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για τις μελλοντικές τεχνολογίες πληροφορικής.
Αυτή η εξέλιξη βοηθά στη γεφύρωση του χάσματος μεταξύ των θεμελιωδών επιστημονικών ανακαλύψεων και των πρακτικών τεχνολογιών. Συνδυάζοντας το φως και τα κβαντικά υλικά σε ένα τσιπ, η επιστημονική κοινότητα αποκτά πρόσβαση σε νέους τρόπους κωδικοποίησης και επεξεργασίας πληροφοριών.
Το διεθνές έργο συγκέντρωσε ερευνητές από την Αυστραλία, την Κίνα, τη Σιγκαπούρη, τη Γερμανία και την Ιαπωνία, συνδυάζοντας την τεχνογνωσία στη νανοφωτονική, τα δισδιάστατα υλικά και την οπτοηλεκτρονική.
