Door licht te dwingen door een kleinere opening te gaan dan ooit tevoren, onderzoekers hebben de weg vrijgemaakt voor computers op basis van licht in plaats van elektronica.

Licht is wenselijk voor gebruik in computers omdat het een hogere informatiedichtheid kan dragen en veel sneller en efficiënter is dan conventionele elektronica. Echter, licht gaat niet gemakkelijk met zichzelf in wisselwerking, dus hoewel het kan worden gebruikt om informatie snel te verplaatsen, het is niet erg goed in het verwerken van informatie.

Bijvoorbeeld, licht wordt momenteel gebruikt om informatie over lange afstanden over te brengen, zoals in trans-Atlantische kabels en glasvezel, die snel internet leveren. Echter, zodra de informatie uw computer bereikt, elektronica is nodig om het om te zetten en te verwerken.

Om licht te gebruiken voor verwerking op microchips, een aantal belangrijke obstakels moeten worden overwonnen. Bijvoorbeeld, licht kan worden gemaakt om te interageren met behulp van bepaalde materialen, maar alleen over relatief lange afstanden. Nutsvoorzieningen, echter, een team van Imperial College London heeft een belangrijke stap voorwaarts gemaakt door de afstand waarover licht kan interageren met 10 te verkleinen, 000 maal.

Dit betekent dat wat voorheen centimeters kostte om te bereiken, nu kan worden gerealiseerd op de micrometerschaal (een miljoenste van een meter), optische verwerking in het bereik van elektrische transistors brengen, die momenteel personal computers aandrijven. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

Dokter Michael Nielsen, van de afdeling natuurkunde van Imperial, zei:"Dit onderzoek heeft een van de vakjes aangevinkt die nodig zijn voor optisch computergebruik.

"Omdat licht niet gemakkelijk met zichzelf in wisselwerking staat, informatie die met licht wordt verzonden, moet worden omgezet in een elektronisch signaal, en dan weer in het licht. Onze technologie maakt het mogelijk om puur met licht te verwerken."

Normaal gesproken, wanneer twee lichtstralen elkaar kruisen, werken de afzonderlijke fotonen niet op elkaar in of veranderen ze elkaar niet, zoals twee elektronen doen wanneer ze elkaar ontmoeten. Speciale niet-lineaire optische materialen kunnen fotonen laten interageren, maar het effect is meestal erg zwak. Dit betekent dat een lange overspanning van het materiaal nodig is om het effect geleidelijk te accumuleren en bruikbaar te maken.

Echter, door licht in een kanaal van slechts 25 nanometer (25 miljardste van een meter) breed te persen, het keizerlijke team verhoogde zijn intensiteit. Hierdoor konden de fotonen sterker interageren over een korte afstand, het veranderen van de eigenschap van het licht dat uit het andere uiteinde van het één micrometer lange kanaal kwam.

Het beheersen van licht op zo'n kleine schaal is een belangrijke stap in de bouw van computers die licht gebruiken in plaats van elektronica. Elektronisch computergebruik is op de grens van efficiëntie; terwijl het mogelijk is om een ​​snellere elektronische processor te maken, de energiekosten om geheugengegevens sneller door de computer te verplaatsen, zijn te hoog.

Om computers krachtiger te maken, processors worden in plaats daarvan kleiner gemaakt, zodat er meer in dezelfde ruimte passen, zonder de verwerkingssnelheid te verhogen. Optische verwerking kan weinig tot geen warmte genereren, wat betekent dat het gebruik van licht computers veel sneller en efficiënter kan maken.

Het team bereikte het effect door een metalen kanaal te gebruiken om het licht te concentreren in een polymeer dat eerder is onderzocht voor gebruik in zonnepanelen. Metalen zijn efficiënter in het bundelen van licht dan traditionele transparante materialen, en worden ook gebruikt om elektrische signalen te sturen.

De nieuwe technologie is daarom niet alleen efficiënter, maar kan worden geïntegreerd met de huidige elektronica.

Dr. Rupert Oulton, van het Department of Physics at Imperial zei:"Het gebruik van licht om informatie over te dragen is dichter bij onze huizen gekomen. Het werd voor het eerst gebruikt in trans-Atlantische kabels, waar capaciteit het meest cruciaal was, maar nu wordt glasvezelbreedband in steeds meer straten in het VK geïnstalleerd. Naarmate onze honger naar meer data toeneemt, optica moet in huis komen, en uiteindelijk in onze computers."

Naast een belangrijke stap in de richting van optisch computergebruik, de prestatie van het team lost mogelijk een al lang bestaand probleem in niet-lineaire optica op. Omdat op elkaar inwerkende lichtbundels met verschillende kleuren met verschillende snelheden door een niet-lineair optisch materiaal gaan, ze kunnen 'uit de pas lopen' en het gewenste effect kan verloren gaan.

Op het nieuwe apparaat omdat het licht zo'n korte afstand aflegt, het heeft geen tijd om uit de pas te lopen. Dit elimineert het probleem, en maakt het mogelijk dat niet-lineaire optische apparaten veelzijdiger zijn in het type optische verwerking dat kan worden bereikt.

Zijbalk:wat is niet-lineaire optica?

Het proces waarbij fotonen op elkaar inwerken, wordt niet-lineaire optica genoemd. Technologieën die het gebruiken zijn vrij gebruikelijk - een eenvoudig voorbeeld is een groene laserpointer. Het is moeilijk om direct een groene laser te maken, dus niet-lineaire optische kristallen worden gebruikt om infrarood licht om te zetten in groen.

Onzichtbaar infrarood licht van een halfgeleiderlaserdiode, aangedreven door batterijen, wordt door een kristal geleid waardoor fotonen met elkaar kunnen interageren. Hier, twee infrarood (onzichtbare) fotonen komen samen om een ​​enkel foton te maken met twee keer zoveel energie, overeenkomt met groen licht.