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 Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Некоторые опасные для здоровья химические вещества продолжают обнаруживать в окружающей среде спустя десятилетия после того, как их использование решили ограничивать. Масштабный обзор европейских данных показал, где именно сохраняются эти загрязнители и насколько массовым было их распространение.
Ни один регион на Земле не обладает стопроцентной устойчивостью ко всем возможным глобальным катастрофическим рискам. Тем не менее существует место, имеющее максимальный запас прочности в такой ситуации, — и это Австралия.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Проблемы с дыханием во время сна могут отражаться не только на самочувствии днем, но и на интимной жизни мужчин. Новый метаанализ показал, что по мере усугубления таких нарушений во сне показатели эректильной функции снижаются.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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