Отечественные ученые еще на шаг приблизили эру фотонных компьютеров
Ученые из ИТМО, Политехнического университета Милана (Италия) и Университета Брешии (Италия) представили новый способ управления свойствами метаповерхностей при помощи лазерного излучения. Метод позволяет переключать оптические состояния в структуре за триллионные доли секунды. Управление светом с высокой скоростью позволит передавать большее количество данных за меньшее время, создавать фотонный компьютер и более точные сенсоры для медицины.
Результаты исследования опубликованы в журнале Light: Science & Applications. Чтобы быстро передавать данные и создавать эффективные системы коммуникации, важно быстро посылать и обрабатывать оптические сигналы. Сейчас для этого используют электричество, но будущее за полностью оптическими системами: световые сигналы передаются быстрее электрических, а энергии при этом тратится меньше. Один из перспективных способов для быстрого управления светом реализуется с помощью метаповерхностей — сверхтонких оптических линз, способных точно настраивать взаимодействие с электромагнитными волнами. Во всех известных работах скорость этого метода значительно ограничена и не превышает наносекунды или десятки пикосекунд, поэтому ученые ищут способы увеличить эту скорость.
Команда исследователей разработала новый подход к управлению светом в метаповерхностях — их предложили подсвечивать лазером. В качестве модели физики предложили использовать одномерную или двумерную метаповерхность на основе AlGaAs на сапфировой подложке. Короткие лазерные импульсы нарушают симметрию этой наноструктуры, открывая радиационный канал, через который в метаповерхность проникает излучение, и переключает оптические состояния. Канал быстро закрывается и структура возвращается в прежнее оптическое состояние. Эта идея появилась в рамках многолетней коллаборации ученых ИТМО с профессорами К. Де Анджелисом (Университет Брешии) и Д. Делла Валле (Политехнический университет Милана).
С помощью оптического воздействия физикам удалось получить оценки для сверхвысокой скорости переключения световых эффектов — она исчисляется в долях пикосекунд. Преимущество нового подхода в том, что он реализуется в видимом диапазоне и не требует сложных многослойных структур или электрических схем — предложенная схема реализуется в геометрии «зонда-накачки», когда управляющий накачивающий оптический импульс модулирует пробный (зондирующий) канал.
Пока исследование только теоретическое, но в дальнейшем физики планируют проверить расчеты экспериментальным путем.
Управление светом с высокой скоростью открывает путь к созданию новых типов оптических переключателей и модуляторов. Например, они пригодятся для сверхбыстрой связи, где данные передаются светом, а не электричеством; при создании работающих на свету процессоров для оптических компьютеров, которые будут потреблять меньше энергии и быстрее вычислять; улучшенных сенсоров и датчиков для медицины или камер с невидимыми диапазонами света, а также в голографии и AR/VR для создания более четких и динамичных изображений в очках дополненной реальности.
«Сейчас частота работы электронных процессоров ограничена и не растет выше 3-4 гигагерц. Оптические методы позволяют увеличить эту скорость на порядки. В нашем случае — до единиц терагерц, что позволит теоретически увеличить скорость передачи данных. Новый подход можно адаптировать к метаповерхностям на основе других полупроводников — например, кремния, который часто применяется в фотонных устройствах», — рассказал один из авторов исследования, ведущий сотрудник Нового физтеха ИТМО Михаил Петров.
Исследование поддержано программой «Приоритет 2030» в рамках фронтирной лаборатории «Нанофотонные метаструктуры для сверхбыстрых оптических вычислений».
Telegram 
Дзен 
VK Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно