Россияне сделали возможным создание фотонного компьютера

Революционное открытие Российские ученые смоделировалиоптическую систему, которая позволяет передавать сигнал практически без потерь,что до сих пор было невозможно в так называемых плазмонных и нанооптическихустройствах. В созданной модели малое усиление компенсирует потери сигнала в волноводах. Открытие обещает произвести революцию в ИТ-отрасли. Исследование провели сотрудники Институтатеоретической и прикладной электродинамики РАН, Всероссийского НИИ автоматикиим. Н. Л. Духова и Московского физико-технического института (МФТИ). Результатыисследования были опубликованы в журнале Scientific Reports. Система волноводов В ходе исследования ученые провелиряд экспериментов с оптическими волноводами, которые применяются в оптоволоконных линиях связи. Несмотря на то, что технология уже используетсядля обеспечения интернет-соединения, ее применение на микроэлектронном уровнеограничено из-за проблемы потери сигнала. http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2016/11/24/volnovody_700.jpg"> Схематическое изображение системы двух волноводов с периодически изменяющимся расстоянием между ними (Источник: МФТИ) Ученые сконструировали систему из двух волноводов и начали воздействовать на ее параметры, проверяя, как этовлияет на сигнал. Один волновод имел поглощающую среду, второй — усиливающую.Для такой системы характерно изменение электромагнитной волны, которая товозрастает, то убывает. Это вызвано тем, что волна, которая распространяется в одном волноводе, взаимодействует при этом со вторым. В результате поле перетекает из одного волновода в другой, причем скорость его перетекания тем больше, чемближе находятся волноводы. Если максимум поля находится в усиливающемволноводе, волна становится интенсивнее, если в поглощающем — она спадает. [b]Влияние на систему[/b] Во время эксперимента ученыепериодически меняли расстояние между волноводами, что влияло на перетеканиемежду ними поля. Их задачей было подобрать такую схему изменения расстояния, при которой амплитуда электромагнитного поля будет возрастать в обоих волноводах дажетогда, когда потери в первом волноводе превышают усиление во втором. Зависимость интенсивности сигнала (сплошная линия) и амплитуды поля (штриховые линии) в первом и во втором волноводах в зависимости от координаты вдоль них (Источник: МФТИ) В итоге исследователям удалось на пике интенсивности системы изменить расстояние между волноводами так, что полесконцентрировалось в волноводе с усиливающей средой. Следствием этого сталоусиление сигнала. Теоретически, за счет изменения расстояния между волноводамиможно до бесконечности наращивать мощность. Ученые пришли к выводу, что параметрыволноводов следует настроить на точку совпадения модов волн, и тогда почтилюбое изменение параметров повлечет за собой нужное перераспределение поля.Описанная схема также поможет в борьбе с нелинейными эффектами, подавляющимирост амплитуды сигнала. [b]Фотонные ИТ[/b] С помощью этого метода можно добитьсяпостоянного устойчивого сигнала в фотонных схемах, что сделает фотонныекомпьютеры реальностью. Передача сигнала с помощью фотонов происходит намногобыстрее, чем с помощью электронов, поскольку скорость фотонов равна скоростисвета. На сегодняшний день известнонесколько попыток создать фотонный (оптический) компьютер. В 1990 г. макеттакого компьютера продемонстрировала компания Bell Labs, которая доработала егок 1991 г. и представила под названием DOC-II. В 2003 г. компания Lensletпредставила оптический DSP-процессор EnLight256, ядро которого было создано по оптической технологии, однако управление было электронным. В 2008 г. компания IBM продемонстрировалаоптический коммутатор на чипе, основой которого послужили кремниевые отражающиерезонаторы. В 2009 г. в Массачусетском технологическом институте научилисьсоздавать волноводы непосредственно на кремниевых чипах.[img]http://filearchive.cnews.ru/img/zoom/2016/11/24/volnovody_700.jpg"> Схематическое изображение системы двух волноводов с периодически изменяющимся расстоянием между ними (Источник: МФТИ) Ученые сконструировали систему из двух волноводов и начали воздействовать на ее параметры, проверяя, как этовлияет на сигнал. Один волновод имел поглощающую среду, второй — усиливающую.Для такой системы характерно изменение электромагнитной волны, которая товозрастает, то убывает. Это вызвано тем, что волна, которая распространяется в одном волноводе, взаимодействует при этом со вторым. В результате поле перетекает из одного волновода в другой, причем скорость его перетекания тем больше, чемближе находятся волноводы. Если максимум поля находится в усиливающемволноводе, волна становится интенсивнее, если в поглощающем — она спадает. Влияние на систему Во время эксперимента ученыепериодически меняли расстояние между волноводами, что влияло на перетеканиемежду ними поля. Их задачей было подобрать такую схему изменения расстояния, при которой амплитуда электромагнитного поля будет возрастать в обоих волноводах дажетогда, когда потери в первом волноводе превышают усиление во втором. Зависимость интенсивности сигнала (сплошная линия) и амплитуды поля (штриховые линии) в первом и во втором волноводах в зависимости от координаты вдоль них (Источник: МФТИ) В итоге исследователям удалось на пике интенсивности системы изменить расстояние между волноводами так, что полесконцентрировалось в волноводе с усиливающей средой. Следствием этого сталоусиление сигнала. Теоретически, за счет изменения расстояния между волноводамиможно до бесконечности наращивать мощность. Ученые пришли к выводу, что параметрыволноводов следует настроить на точку совпадения модов волн, и тогда почтилюбое изменение параметров повлечет за собой нужное перераспределение поля.Описанная схема также поможет в борьбе с нелинейными эффектами, подавляющимирост амплитуды сигнала. Фотонные ИТ С помощью этого метода можно добитьсяпостоянного устойчивого сигнала в фотонных схемах, что сделает фотонныекомпьютеры реальностью. Передача сигнала с помощью фотонов происходит намногобыстрее, чем с помощью электронов, поскольку скорость фотонов равна скоростисвета. На сегодняшний день известнонесколько попыток создать фотонный (оптический) компьютер. В 1990 г. макеттакого компьютера продемонстрировала компания Bell Labs, которая доработала егок 1991 г. и представила под названием DOC-II. В 2003 г. компания Lensletпредставила оптический DSP-процессор EnLight256, ядро которого было создано по оптической технологии, однако управление было электронным. В 2008 г. компания IBM продемонстрировалаоптический коммутатор на чипе, основой которого послужили кремниевые отражающиерезонаторы. В 2009 г. в Массачусетском технологическом институте научилисьсоздавать волноводы непосредственно на кремниевых чипах.