Điện toán phải hoạt động dựa vào ánh sáng chứ không phải điện năng

Theo các chuyên gia, các dây dẫn thu nhỏ mang ánh sáng có khả năng đem lại hiệu quả cho máy tính hơn các dạng kết nối khác, bao gồm cả hệ thống quang học lớn bằng đồng.

Tuy nhiên, có một vấn đề trong việc có được một hệ thống dây nano như vậy hoạt động, Đại học Bắc Carolina tại Chapel Hill đưa ra trong một bài báo đăng trên tạp chí Science Daily.

James Cahoon, giáo sư tại trường Cao đẳng Nghệ thuật và Khoa học, cho biết: “Không có phương pháp được kiểm soát nào cho việc gửi ánh sáng xuống một cách chọn lọc dọc theo các sợi dây nano”. “Công nghệ quang học đã sử dụng quá nhiều cấu trúc lớn hoặc lãng phí rất nhiều ánh sáng trong quá trình xử lý.”

Vấn đề là cần phải có một cách để bật và tắt các màu sáng trong phạm vi nano - các dây cần thiết cho máy tính quang học nhỏ hơn khoảng 1.000 lần so với tóc người. Sự chiếu sáng đó là cần thiết để thay thế các electron truyền thống phóng đại dọc theo các dây đồng thông thường. Nếu không, chúng ta sẽ phải thu nhỏ ánh sáng được sử dụng trong sợi cáp quang quy mô lớn phổ biến hiện có.

Nhóm UNC cho biết họ đã tìm ra cách để hoàn thành nhiệm vụ này. Họ tạo nên những hình dạng phức tạp trong các dây nano, sau đó sử dụng một hình thức điều biến đột phá để hướng dẫn chính xác ánh sáng. Tất cả được gọi là “Mã hóa sự tăng trưởng và xuất hiện dây nano thông qua VLS và Etching” (ENGRAVE) và sử dụng một kỹ thuật gọi là Mie Resonance. Họ tuyên bố nó "sẽ cho phép giảm kích thước của các thành phần quang học."

Đó là cuộc cách mạng: Máy tính, cuối cùng, sẽ có thể hoạt động dựa trên ánh sáng thay vì điện. Trong trường hợp này, một "loại công tắc đèn" kích cỡ nano có thể bật và tắt việc truyền một màu của ánh sáng trên một khoảng cách rất dài. "

Phát minh của trường, được đề cập trong Nature Communications, chỉ là một trong những nỗ lực của các kỹ sư để loại bỏ đồng trong máy tính và thay thế nó bằng phương tiện photon. Dây đồng hoạt động không hiệu quả, chậm, mang ít băng thông hơn, tạo ra nhiều mất tín hiệu, dễ bị phá vỡ và nhiễu.

Các tùy chọn khác cho máy tính dựa trên ánh sáng

Các chip silicon laser dựa trên ánh sáng cũng là một phần trong nỗ lực hướng tới các máy tính ánh sáng. Sử dụng laser thay vì dây đồng trong thiết kế chip cho phép gửi nhiều dữ liệu hơn, giảm tắc nghẽn, các nhà khoa học cho biết. Ngoài ra, nó cũng sử dụng ít năng lượng hơn và một lợi ích bổ sung là silicon-germanium (thứ tạo nên chip) có một số chức năng hấp thụ ánh sáng. Trên thực tế, phát triển laser trực tiếp trên nền silicon của chip sẽ đưa dữ liệu ra các thiết bị điện tử nhanh hơn bất cứ thứ gì trước đây.

Tương tự, graphene (tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của các nguyên tử carbon với liên kết sp² tạo thành dàn tinh thể hình tổ ong) có thể sẽ được kết hợp vào máy tính quang học trong một ngày nào đó. Các thí nghiệm diễn ra khi điện trường được sử dụng để tăng cường hiệu ứng quang học của các nguyên tử cacbon được gắn trong vật liệu phi thường này.

Graphene Flagship cho biết trên trang web của mình vào tháng 5, graphene "có thể cho phép (kiểm soát) các thiết bị chuyển mạch băng thông rộng trên chip dùng trong vận chuyển dữ liệu trong các hệ thống quang học, "với băng thông cực rộng" cho phép xử lý hoặc truyền đi khối lượng thông tin lớn hơn.

UNC nói: "Hoán đổi electron thành công nghệ dựa trên ánh sáng có nghĩa là các máy tính của tương lai sẽ không bị quá nóng và sẽ chạy nhanh hơn nhiều". Công nghệ điện toán quang học "sẽ làm giảm bớt giới hạn tiêu thụ năng lượng và băng thông của các công nghệ hiện tại."