В вычислительной области использование фотонов света, как носителей информации, оставляет далеко позади использование электронов по скорости выполнения вычислений. Это означает, что оптические микропроцессоры будут намного быстрее своих электронных аналогов. Но что бы создавать оптические процессоры требуется разработка оптических аналогов базовых электронных устройств – транзисторов и диодов. Оптические диоды уже существуют, но для их работы требуется наличие некоего внешнего воздействия, что делает их совершенно непригодными для использования в чипах оптических процессоров. Теперь же группа исследователей из университета Пурду разработала «пассивный оптический диод», которые для работы не требует никаких внешних воздействий и является настолько маленьким, что на кристаллах чипов можно размещать миллионы таких устройств. Это, в свою очередь, может привести к реализации более быстрых микропроцессоров и суперкомпьютеров на их основе.

Оптическая передача данных по оптоволоконным линиям уже используется практически повсеместно. Но оптические сигналы, идущие по кабелям, должны быть преобразованы в электрические и наоборот для того, что бы их могли использовать компьютеры или другие электронные устройства. Такое преобразование и является «узким бутылочным горлышком», которое требует применения достаточно дорогого оборудования, существенно замедляет скорость передачи информации и уменьшает безопасность передачи данных. Оборудование, позволяющее обработать передаваемую информацию без необходимости преобразовывать ее в вид электрических сигналов, может стать решением вышеупомянутой проблемы.

Электронные диоды, являющиеся фундаментальным блоком некоторых логических схем, пропускают электрический ток, электроны, только в одном направлении, в обратном направлении диод практически не пропускает электронов. Пассивный оптический диод делает то же самое, что и электронный, но с фотонами света вместо электронов.

Новый диод состоит из двух колец, изготовленных из кремния. Диаметр этих колец составляет всего 10 микрон. Инфракрасный свет, передаваемый из оптоволокна, попадает в микроскопический волновод этого диода. Затем фотоны последовательно проходят сквозь оба кремниевых кольца, которые и обуславливают нелинейную характеристику этого оптического диода. В зависимости от того, в какое из колец свет попадает первоначально, он может беспрепятственно пройти к другому волноводу или полностью рассеяться вторым кольцом. Именно это и делает возможной только одностороннюю передачу света оптическим диодом. Резонансная частота кремниевых колец может быть изменена с помощью микронагревателя, который изменяет температуру материала колец. Это может быть использовано для выделения из всего спектра передаваемого света только света, имеющего определенную длину волны.

Благодаря тому, что оптические диоды полностью состоят из кремния, технология их производства полностью совместима с современной технологией изготовления полупроводников CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), что позволит встраивать оптические элементы и схемы прямо на чипы компьютерных микропроцессоров и микросхем. Такое использование оптической обработки сигналов позволит реализовать более быструю и безопасную передачу и обработку данных, что позволит более эффективно связывать между собой вычислительные ядра одного микропроцессора и собственно микропроцессоры между собой.

Пассивные оптические диоды, разработанные в университете Пурду, практически уже готовы к внедрению в чипы коммерческих микропроцессоров и микросхем. А их описание и принципы их функционирования были изданы в последнем выпуске журнала Science.