Zonlicht dat op water schittert, roept de rijke verschijnselen van vloeistof-licht-interactie op, die ruimtelijke en temporele schalen overspant. Hoewel de dynamiek van vloeistoffen onderzoekers al tientallen jaren fascineert, heeft de opkomst van neuromorfisch computergebruik geleid tot aanzienlijke inspanningen om nieuwe, onconventionele rekenschema's te ontwikkelen op basis van terugkerende neurale netwerken, die cruciaal zijn voor de ondersteuning van een breed scala aan moderne technologische toepassingen, zoals patroonherkenning en autonoom rijden . Omdat biologische neuronen ook afhankelijk zijn van een vloeibare omgeving, kan een convergentie worden bereikt door niet-lineaire vloeistofdynamica op nanoschaal naar neuromorfisch computergebruik te brengen.

Onderzoekers van de Universiteit van Californië in San Diego hebben onlangs een nieuw paradigma voorgesteld waarin vloeistoffen, die gewoonlijk niet sterk interageren met licht op micro- of nanoschaal, een significante niet-lineaire respons op optische velden ondersteunen. Zoals gemeld in Geavanceerde fotonica , voorspellen de onderzoekers een aanzienlijk licht-vloeistof-interactie-effect door een voorgestelde gouden patch op nanoschaal die werkt als een optische verwarming en dikteveranderingen genereert in een vloeistoffilm die de golfgeleider bedekt.

De vloeibare film fungeert als optisch geheugen. Zo werkt het:Licht in de golfgeleider beïnvloedt de geometrie van het vloeistofoppervlak, terwijl veranderingen in de vorm van het vloeistofoppervlak de eigenschappen van de optische modus in de golfgeleider beïnvloeden, waardoor er een onderlinge koppeling ontstaat tussen de optische modus en de vloeistoffilm . Belangrijk is dat als de vloeistofgeometrie verandert, de eigenschappen van de optische modus een niet-lineaire respons ondergaan; nadat de optische puls stopt, geeft de grootte van de vervorming van de vloeibare film de kracht van de vorige optische puls aan.

Opmerkelijk is dat, in tegenstelling tot traditionele computationele benaderingen, de niet-lineaire respons en het geheugen zich in hetzelfde ruimtelijke gebied bevinden, wat de realisatie suggereert van een compacte (buiten von-Neumann) architectuur waar geheugen en rekeneenheid dezelfde ruimte innemen. De onderzoekers tonen aan dat de combinatie van geheugen en niet-lineariteit de mogelijkheid biedt van 'reservoircomputing' dat in staat is om digitale en analoge taken uit te voeren, zoals niet-lineaire logische poorten en handgeschreven beeldherkenning.

Hun model maakt ook gebruik van een ander belangrijk vloeibaar kenmerk:niet-lokaliteit. Dit stelt hen in staat om rekenverbeteringen te voorspellen die eenvoudigweg niet mogelijk zijn in solid-state materiaalplatforms met een beperkte niet-lokale ruimtelijke schaal. Ondanks niet-lokaliteit bereikt het model niet helemaal de niveaus van moderne solid-state optica-gebaseerde reservoircomputersystemen, maar het werk presenteert niettemin een duidelijke routekaart voor toekomstige experimentele werken die gericht zijn op het valideren van de voorspelde effecten en het verkennen van ingewikkelde koppelingsmechanismen van verschillende fysieke processen in een vloeibare omgeving voor berekeningen.

Met behulp van multifysische simulaties om de koppeling tussen licht, vloeistofdynamica, warmtetransport en oppervlaktespanningseffecten te onderzoeken, voorspellen de onderzoekers een familie van nieuwe niet-lineaire en niet-lokale optische effecten. Ze gaan een stap verder door aan te geven hoe deze kunnen worden gebruikt om veelzijdige, niet-conventionele rekenplatforms te realiseren. Door gebruik te maken van een volwassen silicium-fotonicaplatform, stellen ze verbeteringen voor aan ultramoderne vloeistofondersteunde computerplatforms met ongeveer vijf orden van grootte in de ruimte en ten minste twee ordes van grootte in snelheid. + Verder verkennen

Intrinsieke optische niet-lineariteiten en draaggolfdynamiek van InSe