Ученые использовали неодим для создания нанокристаллов для вычислений со скоростью света
Международная группа ученых сделала решительный шаг к более быстрому и энергоэффективному искусственному интеллекту и обработке данных в целом, создав люминесцентные нанокристаллы, которые могут быстро переключаться между включенным и выключенным состояниями. Это открывает возможность вычислений буквально со скоростью света, отказавшись от электронов и переключившись на использование фотонов на чипах.
«Исключительные возможности переключения и памяти этих нанокристаллов однажды могут стать неотъемлемой частью оптических вычислений — способом быстрой обработки и хранения информации с использованием самых быстро движущихся световых частиц во Вселенной».
— говорит Артем Скрипка, доцент Колледжа естественных наук Университета штата Орегон.
В исследовании рассматривается потенциал наночастиц с лавинными характеристиками. Такие материалы обладают сильно нелинейными свойствами, особенно свойствами, связанными с излучением света.
Небольшое увеличение мощности возбуждающего излучения способно существенно повысить интенсивность собственной люминесценции. Это можно использовать для экономии энергии для работы электрических цепей — достаточно привести наночастицы в состояние, близкое к лавинному возбуждению, а затем воздействовать лишь небольшими порциями энергии на источник возбуждения.
Исследователи изучили нанокристаллы, состоящие из калия, хлора и свинца и легированные неодимом. Сами по себе нанокристаллы KPb2Cl5 не взаимодействуют со светом. Однако в сочетании с неодимом материал начинает эффективно обрабатывать световые сигналы, что делает его полезным для оптоэлектроники, лазерных технологий и других оптических решений.
«Обычно флуоресцентные материалы излучают свет при воздействии лазера и остаются темными, когда его нет. Напротив, мы были удивлены, обнаружив, что наши нанокристаллы ведут параллельную жизнь. При определенных условиях они демонстрируют особое поведение: они могут быть как яркими, так и темными при одинаковой длине волны и мощности лазера».
добавил Скрипка
Такое поведение называется внутренней оптической бистабильностью. Присущая нанокристаллам оптическая бистабильность — это шаг к созданию фотонных интегральных схем, которые могут превзойти современные электронные и оптоэлектронные системы и иметь большую эффективность.
«Если кристаллы изначально темные, нам нужна более высокая мощность лазера, чтобы включить их и наблюдать за излучением, но как только они начнут излучать, мы сможем наблюдать их излучение при более низкой мощности лазера, чем было необходимо для их первоначального включения. Это похоже на езда на велосипеде — вам придется сильно крутить педали, чтобы он поехал, но как только он придет в движение, вам потребуется меньше усилий для перемещения, а их фары могут включаться и выключаться очень резко, как при нажатии кнопки».
сказал Скрипка
Переход на оптические сигналы обещает значительно снизить энергопотребление фотонных вычислительных платформ, где бы они ни использовались. Это также путь к новым применениям в медицине, сенсорике и многих других областях, но стадия исследований еще не завершена. Для достижения коммерческих продуктов потребуется гораздо больше работы.
Исследование было опубликовано сегодня в журнале Nature Photonics.
