В Сколтехе создали «вентиль» для оптического компьютера
Ученые из Сколтеха и Университета Вупперталя в Германии под научным руководством вице-президента по фотонике Сколтеха Павлоса Лагудакиса, лауреата научной премии «Вызов», создали универсальный логический элемент NOR (от английского NOT — оператор отрицания и OR — оператор логической суммы «или»). Он разработан на основе поляритонных конденсатов, функционирует при комнатной температуре, имеет множественные входы, может работать в сотни раз быстрее электронных аналогов, а также является полностью оптическим — то есть работает без участия электрического тока. Важно, что такие логические элементы можно воспроизводить и соединять в цепи, то есть каскадировать.
Результаты работы представлены в журнале Nature Communications. По словам исследователей, на базе нового вентиля NOR можно создать любые типы логических элементов, необходимых для оптических микросхем, и проводить вычисления без участия электрического тока. Результаты исследования приближают ученых к давней мечте о создании оптических компьютеров, которые смогут работать в сотни раз быстрее традиционных компьютеров на основе электронных технологий.
«Мы впервые на практике реализовали каскадируемый оптический универсальный логический вентиль, а значит, наши эксперименты открывают путь к созданию полностью оптического вычислителя. Дело в том, что современные компьютеры ограничены по частоте работы электронного процессора в несколько ГГц. С 1980-х годов для увеличения скорости вычислений производители постоянно увеличивали тактовую частоту процессора, но затем столкнулись с принципиальным физическим ограничением — если поднимать частоту процессора выше нескольких ГГц, то процессор просто превращается в электрообогреватель.
В 2019 году наша лаборатория разработала первый в мире сверхбыстрый оптический поляритонный транзистор, который работает при комнатной температуре и является основным строительным блоком оптических поляритонных логических цепей. А в чем преимущество оптики? Прежде всего она не ограничена несколькими ГГц тактовой частоты. Мы можем работать с поляритонными транзисторами с частотой до одного ТГц, что примерно в 300 раз быстрее электронных аналогов. В другой нашей работе мы показали, что для управления оптическим поляритонным транзистором достаточно одного фотона, что не может быть реализовано в любой другой оптической системе», — рассказал первый автор работы Денис Санников, заместитель руководителя Лаборатории гибридной фотоники в Центре фотоники и фотонных технологий Сколтеха.
Логические элементы — или вентили — выполняют в устройстве различные логические операции — конъюнкцию, дизъюнкцию, отрицание и так далее. Процессор в компьютере состоит из миллиардов транзисторов, объединенных в эти логические элементы, которые при подаче какого-то входного сигнала, производят внутренние вычисления и выдают, например, изображение на экран. Логический вентиль принимает на каждый из своих входов сигнал с логическим уровнем «0» или «1», а на выходе возвращает сигнал «0» или «1» в соответствии с предварительно заданными правилами. Обычно электронные вентили имеют 2-8 входов и 1-2 выхода, но в экспериментах ученых Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха новый оптический универсальный вентиль успешно справился с 12 входами — в этом еще одно конкурентное преимущество разработки.
«Для создания универсального вентиля мы использовали особые свойства „жидкого света“ — так сейчас называют поляритонные конденсаты, способные усиливать слабые оптические сигналы в десятки тысяч раз. Чтобы создать такой „жидкий свет“, для начала мы должны сконденсировать поляритоны в основное состояние. Если проводить параллель, то это подобно водяному пару в воздухе, который превращается в воду на холодном стекле окна. Мы же пошли дальше и научились конденсировать поляритоны не только в основное состояние, но и в неосновное — состояние с большей энергией.
Этот эффект позволил решить давнюю проблему полностью оптических, логических элементов, заключающуюся в отключении оптического сигнала с помощью света, делая из логической единицы ноль, — добавил Денис Санников. — Фотоны, в отличие от электронов, не взаимодействуют друг с другом, и поэтому создание такого оптического логического преобразователя долгое время оставалось физическим и технологическим вызовом. Мы добились решения этой задачи благодаря использованию уникальных свойств „жидкого света“, объединяющего в себе свойства как фотонов, так и электронов, что позволило создать оптический поляритонный универсальный вентиль».
Исследование поддержано грантом РНФ «Оптические латеральные логические вентили на основе поляритонных конденсатов в перовскитных пленках».
Telegram 
Дзен 
VK В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Интриги и тайные свидания — прерогатива не только людей. В мире дикой природы тоже случаются драмы, и одна из них развернулась в лесах Северной Америки. Маленькие серые птицы, известные в науке как гаички Гамбела, долгое время считались образцом супружеской верности, но на деле оказались хитрыми стратегами. Они заводят потомство не только от постоянного партнера, но и от самца-соседа с определенным набором качеств. Авторы нового исследования попытались выяснить, что толкает самок на измену и как это влияет на выживание всего вида.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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