Logiikkaa optiselle laskennalle

Jatkuvasti kasvava tarve nopeammalle ja tehokkaammalle tiedonsiirrolle ja -käsittelylle on nostanut optiset laskentastrategiat seuraavan sukupolven tietojenkäsittelyn tutkimuksen eturintamaan.

Nykyiset täysin optiset logiikkaportit hyödyntävät pääasiassa lineaarisia ja epälineaarisia optisia tehosteita.

Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisia optiseen kiraalisuuteen perustuvia logiikkaportteja, jotka toimivat noin miljoona kertaa nykyistä elektronista teknologiaa nopeammin.

Uudet logiikkaportit on valmistettu kiteisistä materiaaleista, jotka ovat herkkiä ympyräpolarisoidun valonsäteen kädenmukaisuudelle – eli kiteen emittoima valo riippuu tulosäteiden kädenmukaisuudesta.

Menettely toimii perusrakenneosana yhden tyyppiselle logiikkaportille (XNOR). Lisäksi kiraalisuuden vapausasteella tehostetun epälineaarisen optiikan kautta saatiin aikaan joukko ultranopeita kiraalisia XNOR, NOR, AND, XOR, OR ja NAND -logiikkaportteja ja puolisummain.

Ne toteutettiin hyödyntämällä hyvin tutkittuja kiraalisia valintasääntöjä, jotka mahdollistavat kolminkertaisen kiertosymmetrian bulkkipiidioksidissa ja yksikerroksisessa MoS2:ssa.

Mittausten mukaan kiraalisten logiikkaportien nopeus on alle 100 fs, jota rajoittaa pääasiassa tulopulssin kesto. Toimintaperiaatetta ohjaa liikemäärän säilymislaki, jonka määrää kiderakenteen symmetria. Siten konsepti on aallonpituudesta riippumattoman, mikä on hyödyllistä tulevissa peräkkäisissä toimissa.

Lisäksi ryhmä osoitti, että yksittäinen laiterakenne mahdollistaa kaikkien heidän kehittämiensä logiikkaporttien toimivan samanaikaisesti rinnakkain. Tämä on merkittävä edistysaskel verrattuna olemassa oleviin logiikkaportteihin, jotka voivat tehdä vain yhden logiikkaoperaation kerrallaan. Samanaikaisiarinnakkaisia logiikkaportteja voitaisiin käyttää monimutkaisten, monitoimisten logiikkapiirien rakentamiseen.

Lopuksi ryhmä osoitti, että kiraalisia logiikkaporttia voitiin ohjata ja konfiguroida elektronisesti, mikä on välttämätön askel hybridissä sähköis-optisessa laskennassa.

Tutkimuksessaan tutkijat toteavat, että kiraalisen logiikkaporttimme mekanismi, jossa on monipuolinen valikoima aktiivisia materiaaleja, ultranopea käsittelynopeus ja sähköinen viritettävyys, voidaan laajentaa moniin paljon dataa vaativiin sovelluksiin, kuten sirulle integroituun signaalin ja videon käsittelyyn laajalla spektrialueella.

Aiheesta aiemmin:

Superkiraalista valoa