Международная научная группа во главе с исследователями из Сколтеха и IBM разработала новый оптический «транзистор», который ускорит вычисления в тысячу раз. Авторы новой работы создали переключатель, который работает при комнатной температуре, поэтому ему не требуется большое охлаждающее оборудование.

Кроме этого, он может быть связующим компонентом между устройствами и передавать данные между ними в виде оптических сигналов, а также увеличивать интенсивность входного сигнала до 23 тыс. раз.

Переключатель оперирует двумя лазерами, чтобы установить свое состояние на уровне «0» или «1» и переключается между ними. На практике это происходит так: очень слабый контрольный лазерный луч используют для включения или выключения другого, более яркого лазерного луча.

Новое устройство чрезвычайно энергоэффективно благодаря тому, что для его переключения требуется всего несколько фотонов. На самом деле, в лабораториях Сколтеха мы добились переключения даже одним фотоном при комнатной температуре, – Антон Заседателев, первый автор.

Чтобы снизить энергопотребление, разработчики использовали колебания молекул полупроводникового полимера: они согласовали энергию частиц накачки и энергию частиц в конденсате при помощи молекулярных колебаний в полимере внутри резонатора. Также они смогли рассчитать самую эффективную длину волны лазеров и внедрить новую схему измерения: так можно регистрировать состояние конденсата в каждой отдельной реализации.

Нам предстоит работа по снижению общего энергопотребления устройства, в котором в настоящее время доминирует лазер накачки, поддерживающий переключатель в активном состоянии. Одним из перспективных способов достижения этой цели могут быть перовскитные суперкристаллические материалы, подобные тем, которые мы исследуем с коллегами. Они отлично подходят для этой задачи, поскольку обеспечивают сильное взаимодействие света с веществом и, как следствие, мощный коллективный квантовый отклик в виде сверхизлучения, – текст исследования.

В итоге авторы отметили, что такие разработки приближают научное сообщество к появлению оптических компьютеров: они будут использовать для своей работы фотоны, а не электроны. Так скорость и производительность увеличится в разы.