Onderzoek naar netwerkcomputers met kunstmatige intelligentie (AI) heeft de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt, maar wordt tot nu toe tegengehouden door de beperkingen van logische poorten in conventionele computerchips. Via nieuw onderzoek gepubliceerd in The European Physical Journal D , introduceerde een team onder leiding van Aijin Zhu van de Guilin University of Electronic Technology, China, een op grafeen gebaseerde optische logische poort, die veel van deze uitdagingen aanpakt.

Het ontwerp zou kunnen leiden tot een nieuwe generatie computerchips die minder energie verbruiken en tegelijkertijd hogere rekensnelheden en efficiëntie bereiken. Dit zou op zijn beurt de weg kunnen vrijmaken voor het gebruik van AI in computernetwerken om taken te automatiseren en de besluitvorming te verbeteren, wat zou leiden tot verbeterde prestaties, beveiliging en functionaliteit.

Er zijn veel voordelen aan microchips waarvan de logische componentenpoorten signalen uitwisselen met behulp van licht in plaats van elektrische stroom. De huidige ontwerpen zijn echter vaak omvangrijk, enigszins onstabiel en kwetsbaar voor informatieverlies.

In hun artikel introduceerde het team van Zhu een op grafeen gebaseerd alternatief dat bestaat uit Y-vormige grafeen nanolinten die bovenop een isolatielaag zijn gebonden. Dit ontwerp is ideaal voor het hosten van plasmongolven, collectieve oscillaties van elektronen die ontstaan ​​op het grensvlak tussen het grafeen en het isolatiemedium. Ze kunnen worden geactiveerd door de lichtgolven in binnenkomende optische signalen en kunnen ook zelf uitgaande signalen genereren nadat de informatie door de logische poort is verwerkt.

Omdat oppervlakteplasmongolflengten korter zijn dan die van optische lichtgolven, laten de onderzoekers zien dat hun opstelling veel compacter kan worden dan eerdere ontwerpen van optische logische poorten. Hun apparaat kan worden in- en uitgeschakeld met behulp van een externe spanning, die de energieniveaus manipuleert waarop elektronen in grafeen beschikbaar zijn voor het transporteren van elektrische stroom.

In hun experimenten bereikte het team van Zhu een indrukwekkend hoge verhouding tussen het vermogensniveau van de 'aan'- en 'uit'-status van hun poort, waar deze respectievelijk gegevens verzendt en blokkeert. Hun ontwerp presteert niet alleen beter dan eerdere optische logische poorten, maar profiteert ook van een klein formaat, laag informatieverlies en hoge stabiliteit.

Meer informatie: Aijun Zhu et al, Een ultracompacte en zeer stabiele optische numerieke comparator gebaseerd op Y-vormige grafeen nanolinten, The European Physical Journal D (2023). DOI:10.1140/epjd/s10053-023-00748-9

Journaalinformatie: Europees fysiek tijdschrift D

Aangeboden door Springer