Kuinka ohjailla hidasta valoa

Generatiivisen tekoälyn ja laajamittaisten tekoälymallien nopean kehityksen myötä laskennalliset vaatimukset ovat kasvaneet jyrkästi, paljastaen perinteisten elektronisten puolijohteiden rajoitukset, kuten suuren virrankulutuksen ja rajalliset datansiirtonopeudet.

Tämän seurauksena vähän virtaa kuluttavien ja erittäin nopeiden prosessointimenetelmien kysyntä kasvaa. Koska valon kulkee kiinteällä nopeudella erilaisten optiselle laskennalle olennaisten puskuri- ja muistitoimintojen toteuttaminen on kuitenkin pysynyt perustavanlaatuisen haastavana.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi Soulin kansallisen ja teknisen yliopiston yhteinen tutkimusryhmä kehitti menetelmän, jolla optisten signaalien nopeutta ja muotoa voidaan vapaasti ohjata ohjelmoitavan fotonisen integroidun piirin avulla. Tämän lähestymistavan avulla ryhmä osoitti kyvyn ohjata "hidasta valoa" suuremmalla vapaudella kuin millään aiemmin ehdotetulla menetelmällä.

Fotoniset integroidut piirit ovat kehittymässä seuraavan sukupolven teknologioiksi, jotka pystyvät käsittelemään informaatiota nopeasti ja tehokkaasti valon avulla. Erityisesti datakeskuksissa sekä optisissa tietoliikenne- ja laskentajärjestelmissä on yhä tärkeämpää paitsi lähettää optisia signaaleja nopeasti myös synkronoida signaalien saapumisajat ja viivästää signaaleja tarvittaessa.

Tällaisen toiminnallisuuden saavuttamiseksi on tutkittu kytkentäresonaattorin indusoimaan läpinäkyvyyteen (CRIT) perustuvia rakenteita, jotka hyödyntävät useiden optisten resonaattoreiden välistä interferenssiä. Coupled-resonator-induced transparency (CRIT) on optinen ilmiö, joka valikoivasti läpäisee valoa tietyllä taajuusalueella ja samalla hidastaa optisten signaalien etenemisnopeutta.

Perinteisillä CRIT-rakenteilla on kuitenkin tyypillisesti kiinteät toiminnalliset ominaisuudet valmistuksen jälkeen, mikä tekee niiden uudelleenkonfiguroinnista eri toimintoihin vaikeaksi. Esimerkiksi pidempien viiveiden saavuttaminen tai siirtyminen eri taajuusalueille vaatii kokonaan uusien fotonisten rakenteiden suunnittelua.

Näiden rajoitusten voittamiseksi tutkimusryhmä ehdotti uutta lähestymistapaa, joka käsittelee CRIT-järjestelmien kahta optista tilaa – kirkasta ja tummaa tilaa – yhtenä yhtenäisenä vapausasteena ja otti käyttöön kaksi ohjattavaa kytkentäsilmukkaa. Tämä mahdollisti uuden suunnitteluperiaatteen kehittämisen ohjelmoitaville fotonisille integroiduille piireille, jolloin resonaattorirakenteita voidaan konfiguroida uudelleen tarpeen mukaan.

Tutkimuksen toinen kirjoittaja, professori Namkyoo Park Soulin kansallisesta yliopistosta, totesi: ”Tämä tutkimus on merkittävä siinä mielessä, että se ehdottaa uutta suunnitteluperiaatetta, jonka avulla fotonisten integroitujen piirien valon virtausta voidaan konfiguroida uudelleen tarpeen mukaan, mikä parantaa huomattavasti suunnittelun joustavuutta. Aiomme laajentaa tätä teknologiaa kohti laajamittaisia ohjelmoitavia fotonisia integroituja piirejä, jotka perustuvat piifotoniikkaan ja fotoniseen tekoälyyn.”

Aiheesta aiemmin:

Valon nopeutta sirupiireihin

Hitaan valon alusta sirutason fotoniikkatekniikalle

Ohjelmoitava monitoiminen integroitu mikroaaltofotonipiiri