Физики создали первый компактный фотонный чип для ИИ

Кремниевые процессоры постепенно упираются в свой физический предел. Они нагреваются, потребляют колоссальное количество энергии и больше не могут масштабироваться с прежней скоростью. Международная группа учёных во главе со специалистами из Университета Монаша в Австралии разработала микроскопический чип, который умеет самостоятельно генерировать, направлять и считывать световую информацию внутри одного устройства.

Что такое «долинатроника» и причем здесь кванты?

Новая разработка относится к передовой области физики, называемой долинатроникой (valleytronics). В обычных компьютерах информация кодируется с помощью электрического заряда (есть ток — «1», нет тока — «0»). В долинатронике учёные используют уникальное квантовое свойство некоторых ультратонких материалов — так называемую «долинную степень свободы».

Электроны или кванты света (фотоны) в кристаллической решётке 2D-материалов имеют тенденцию скапливаться в определенных энергетических «карманах» или «долинах». Положение частицы в той или иной долине можно использовать как новый способ кодирования, передачи и обработки данных. Это позволяет создавать невероятно быстрые и энергоэффективные схемы.

От теории к практике

До сих пор долинатроника оставалась преимущественно лабораторной теорией. Главная сложность заключалась в том, что компоненты системы не удавалось объединить. Учёные могли отдельно создать устройство, генерирующее нужный световой сигнал, или прибор, который его считывает, но собрать всё это в один компактный микрочип было инженерным кошмаром.

Команда из Университета Монаша решила эту задачу изящным способом. Вместо того чтобы пытаться вырастить сложные структуры непосредственно друг на друге, они использовали метод «прямой укладки». Физики взяли ультратонкие материалы толщиной всего в несколько атомов и аккуратно наложили их на специально разработанные наноструктуры — метаповерхности. Получился готовый «микрокомпьютер» на одном чипе, который:

1. Генерирует поляризованные световые сигналы;
2. Направляет их по нужным оптическим дорожкам;
3. На выходе превращает этот свет обратно в электрический сигнал, понятный традиционной технике.

Почему этот чип изменит микроэлектронику

У новой технологии есть два колоссальных преимущества:

• Работа при комнатной температуре. Большинство современных квантовых компьютеров требуют экстремального охлаждения почти до абсолютного нуля, из-за чего они оказываются большими и очень дорогими. Новый фотонный чип стабильно работает в обычных комнатных условиях.
• Параллельная обработка данных. Чтобы доказать эффективность устройства, авторы провели эксперимент: они смогли одновременно закодировать и передать через один чип два совершенно разных изображения. Это подтверждает, что чип может обрабатывать несколько независимых потоков информации параллельно.

Эта технология открывает прямую дорогу к созданию компактных световых компьютеров, способных ускорить обучение нейросетей в тысячи раз при минимальном потреблении электричества. Результаты исследования могут стать основой для создания квантовых процессоров нового поколения и сверхзащищенных систем оптической связи.

Подписывайтесь на Рамблер в Max! Так мы останемся на связи даже в нестабильные времена.