Tietoliikenteen tulevaisuus on atomisen ohut

Käyttämällä pientä määrää fotoneja informaation käsittelyyn, kaksiulotteiset kvanttimateriaalit voivat johtaa turvalliseen, energiatehokkaaseen viestintään.

Kun valo loistaa puolijohteeseen, se virittää puolijohteessa olevat elektronit korkeamman energian tiloihin ja jättää jälkeensä elektronin aukon.

Elektroni ja aukko vetävät toisiaan puoleensa sähköstaattisen voiman kautta ja muodostavat sidotun parin eli eksitonin. Ne voivat puolestaan olla vuorovaikutuksessa muiden parittomien varausten kanssa.

Tämä vuorovaikutus muuttaa tyypillistä tapaa, jolla materiaalissa etenevä valonsäde siirtää materiaalin positiivisia ja negatiivisia varauksia. Tätä vastetta kutsutaan epälineaariseksi, ja se voi saada säteen muuttamaan muotoaan, suuntaa ja/tai taajuutta.

Tämä muutos mahdollistaa informaation optisen käsittelyn. Optinen tiedonsiirto voidaankin saavuttaa vain materiaaleissa, joissa on epälineaarinen optinen vaste.

Marylandin yliopiston tutkijat ovat nyt osoittaneet, että epälineaarinen optinen vaste on ennennäkemättömän voimakas kaksiulotteisessa rakenteessa, joka on valmistettu kolmesta puolijohteisesta volframi-diselenidin (WSe2) atomikerroksesta. Tutkijat osoittivat myös, että sen jättimäistä epälineaarista vastetta voidaan virittää.

Nykyään optiset kuidut kuljettavat kaiken pitkän matkan Internet-viestinnän. Kuitenkin missä tahansa kohdassa, jossa datasignaali vaihtaa kuituja päästäkseen määränpäähänsä, signaali muunnetaan valosta sähköksi. Tämä tehdään, jotta signaali voidaan käsitellä ja reitittää. Sähköinen käsittely ottaa tehoa, joka tuottaa lämpöä ja aiheuttaa viiveitä.

Tämä tutkimus ehdottaa vaihtoehtoista järjestelmää, jossa vain pieni määrä valon fotoneja pystyy käsittelemään informaatiota.

Tämä voisi parantaa tietoliikenne- ja laskenta-alustojen nopeutta ja energiatehokkuutta. Lisäksi erittäin tehokkaita ja viritettäviä fotoneja voidaan käyttää turvalliseen kvanttiviestintään, joka tarjoaa vahvan suojan kyberhyökkäyksiä vastaan.

Aiheesta aiemmin:

Tiedonsiirtoa petabiteittäin

Fotoninen DA-muunninsiru

Kierteisiä topologisia eksitoni-polaritoneja