Van Harry Potter's Onzichtbaarheidsmantel tot het Romulaanse verhulapparaat dat hun oorlogsschip onzichtbaar maakte in "Star Trek, "De magie van onzichtbaarheid was alleen het product van sciencefictionschrijvers en dromers.

Maar Rajesh Menon, universitair hoofddocent elektrotechniek en computertechniek, en zijn team hebben een verhulapparaat ontwikkeld voor microscopische fotonische geïntegreerde apparaten - de bouwstenen van fotonische computerchips die op licht werken in plaats van op elektrische stroom - in een poging om toekomstige chips kleiner te maken , sneller en verbruiken veel minder stroom.

De ontdekking van Menon werd woensdag online gepubliceerd in de nieuwste editie van het wetenschappelijke tijdschrift, Natuurcommunicatie . Het artikel is mede geschreven door promovendus Bing Shen en Randy Polson van de Universiteit van Utah, senior optische ingenieur in de U's Utah Nanofab.

De toekomst van computers, datacenters en mobiele apparaten zullen gebruik maken van fotonische chips waarin gegevens worden rondgestuurd en verwerkt als lichtfotonen in plaats van elektronen. De voordelen van fotonische chips ten opzichte van de huidige op silicium gebaseerde chips zijn dat ze veel sneller zijn en minder stroom verbruiken en daardoor minder warmte afgeven. En in elke chip zitten potentieel miljarden fotonische apparaten, elk met een specifieke functie, net zoals miljarden transistors verschillende functies hebben in de huidige siliciumchips. Bijvoorbeeld, een groep apparaten zou berekeningen uitvoeren, een ander zou bepaalde verwerkingen uitvoeren, enzovoort.

Het probleem, echter, is als twee van deze fotonische apparaten te dicht bij elkaar staan, ze zullen niet werken omdat de lichtlekkage ertussen "overspraak" zal veroorzaken, net als radio-interferentie. Als ze ver uit elkaar staan ​​om dit probleem op te lossen, je eindigt met een chip die veel te groot is.

Dus Menon en zijn team ontdekten dat je een speciale op silicium gebaseerde barrière met nanopatronen kunt plaatsen tussen twee van de fotonische apparaten, die zich als een "mantel" gedraagt ​​en ervoor zorgt dat het ene apparaat het andere niet ziet.

"Het principe dat we gebruiken is vergelijkbaar met dat van de onzichtbaarheidsmantel van Harry Potter, "zegt Menon. "Elk licht dat op het ene apparaat komt, wordt teruggestuurd alsof het de situatie nabootst van het ontbreken van een naburig apparaat. Het is als een barrière:het duwt het licht terug in het oorspronkelijke apparaat. Het wordt voor de gek gehouden door te denken dat er niets aan de andere kant is."

Bijgevolg, miljarden van deze fotonische apparaten kunnen in een enkele chip worden verpakt, en een chip kan meer van deze apparaten bevatten voor nog meer functionaliteit. En aangezien deze fotonische chips lichtfotonen gebruiken in plaats van elektronen om gegevens over te dragen, die warmte opbouwt, deze chips kunnen mogelijk 10 tot 100 keer minder stroom verbruiken, wat een zegen zou zijn voor plaatsen zoals datacenters die enorme hoeveelheden elektriciteit gebruiken.

Menon denkt dat de meest directe toepassing voor deze technologie en voor fotonische chips in het algemeen zal zijn voor datacenters die vergelijkbaar zijn met die van diensten als Google en Facebook. Volgens een studie van het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy, datacenters in de VS verbruikten in 2014 70 miljard kilowattuur, of ongeveer 1,8 procent van het totale Amerikaanse elektriciteitsverbruik. En dat stroomverbruik zal naar verwachting nog eens 4 procent stijgen in 2020.

"Door van elektronica naar fotonica te gaan, kunnen we computers veel efficiënter maken en uiteindelijk een grote impact hebben op de CO2-uitstoot en het energieverbruik voor allerlei dingen, "Zegt Menon. "Het is een grote impact en veel mensen proberen het op te lossen."

Momenteel, fotonische apparaten worden meestal gebruikt in hoogwaardige militaire uitrusting, en hij verwacht dat binnen enkele jaren volledige op fotonische technologie gebaseerde chips in datacenters zullen worden gebruikt.