Разработана основа сверхбыстрой оптической памяти

Исследователи из России и Китая разработали микроскопическую оптическую «ловушку» для света в кремниевой фотонной структуре, которая послужит основой для нового поколения сверхбыстрой и энергоэффективной оптической памяти. Об этом сообщили в пресс-службе Университета ИТМО (Санкт-Петербург).

«Мы показали принцип работы, изготовили реальные образцы и экспериментально подтвердили, что компактная кремниевая структура может работать как многоуровневая ячейка памяти, в которой информация хранится в нескольких стабильных состояниях оптического отклика», — пояснил научный сотрудник Международного научного центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО Андрей Богданов, слова которого приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают ученые, в последние десятилетия ученые и инженеры со всего мира работают над созданием фотонных аналогов интегральных схем и других компонентов обычных электронных вычислительных устройств. Их разработка, по идее, позволит резко снизить затраты энергии на вычисления и обработку данных, но пока этому препятствует тот факт, что такие машины используют для хранения информации обычную электронную память.

Исследователи из ИТМО и Пекинского университета смогли решить эту проблему и создали микроскопическую оптическую «ловушку» света на кремниевом чипе, которая станет основой оптической памяти будущего. Для этого физики разработали специальную конструкцию чипа, позволяющую совместить компактность, энергоэффективность и высокую добротность — показатель того, насколько эффективно устройство сохраняет свет внутри себя.

Исследователям удалось структурировать кремниевый чип таким образом, что внутри него возникают два оптических резонанса близких частот, которые связаны друг с другом общим каналом излучения. Резонансы помогают свету задерживаться внутри микроструктуры и усиливать его взаимодействие с материалом, так что даже очень слабые световые сигналы вызывают сильный нелинейный отклик, позволяя свету удерживаться в трех состояниях.

Ученые проверили свой подход на практике и изготовили экспериментальные образцы оптической памяти, размер прототипа которой составляет менее 20 микрометров, и при этом она потребляет всего четверть милливатт энергии. Отдельные структуры такого рода можно комбинировать и на их основе создавать матрицы памяти, логические элементы и другие фотонные чип-блоки, необходимые для создания полноценных оптических вычислительных систем, заключили исследователи.