Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Transistor Optik Baru Mempercepat Komputasi Hingga 1.000 Kali, dengan Energi Peralihan Serendah Mungkin

Kredit: Pixabay/CC0 Domain Publik

Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Skoltech dan IBM telah menciptakan saklar optik yang sangat hemat energi yang dapat menggantikan transistor elektronik pada komputer generasi baru yang memanipulasi foton daripada elektron. Selain penghematan daya langsung, sakelar ini tidak memerlukan pendinginan dan sangat cepat: Pada 1 triliun operasi per detik, sakelar ini antara 100 dan 1.000 kali lebih cepat daripada transistor komersial terbaik saat ini. Studi ini keluar Rabu di Nature .

"Apa yang membuat perangkat baru ini sangat hemat energi adalah hanya dibutuhkan beberapa foton untuk beralih ," penulis pertama studi tersebut, Dr. Anton Zasedatelev berkomentar. "Faktanya, di laboratorium Skoltech kami, kami mencapai peralihan hanya dengan satu foton pada suhu kamar. Artinya, masih ada jalan panjang sebelum demonstrasi pembuktian prinsip tersebut digunakan dalam co-prosesor semua optik," tambah Profesor Pavlos Lagoudakis, yang mengepalai Lab Fotonik Hibrid di Skoltech.

Karena foton adalah partikel cahaya terkecil yang ada di alam, sebenarnya tidak ada banyak ruang untuk perbaikan di luar itu sejauh konsumsi daya. Kebanyakan transistor listrik modern membutuhkan energi puluhan kali lebih banyak untuk beralih, dan transistor yang menggunakan elektron tunggal untuk mencapai efisiensi yang sebanding jauh lebih lambat.

Selain masalah kinerja, transistor elektronik hemat daya yang bersaing juga cenderung membutuhkan peralatan pendingin yang besar, yang pada gilirannya mengkonsumsi daya dan faktor biaya pengoperasian. Sakelar baru bekerja dengan nyaman pada suhu kamar dan karenanya mengatasi semua masalah ini.

Selain fungsi utama seperti transistor, sakelar dapat bertindak sebagai komponen yang menghubungkan perangkat dengan memindahkan data di antara mereka dalam bentuk sinyal optik. Ini juga dapat berfungsi sebagai penguat, meningkatkan intensitas sinar laser yang masuk dengan faktor hingga 23.000.

Bagaimana itu bekerja

Perangkat bergantung pada dua laser untuk mengatur statusnya ke "0" atau "1" dan untuk beralih di antara keduanya. Sinar laser kontrol yang sangat lemah digunakan untuk menghidupkan atau mematikan sinar laser lain yang lebih terang. Hanya membutuhkan beberapa foton di balok kontrol, sehingga efisiensi tinggi perangkat.

Peralihan terjadi di dalam rongga mikro—polimer semikonduktor organik tipis 35 nanometer yang diapit di antara struktur anorganik yang sangat reflektif. Microcavity dibangun sedemikian rupa untuk menjaga cahaya yang masuk terperangkap di dalam selama mungkin untuk mendukung penggabungannya dengan material rongga.

Kopling materi cahaya ini membentuk dasar dari perangkat baru. Ketika foton berpasangan kuat untuk mengikat pasangan lubang elektron—alias eksiton—dalam material rongga, hal ini menimbulkan entitas berumur pendek yang disebut eksiton-polariton, yang merupakan sejenis kuasipartikel di jantung operasi sakelar.

Ketika laser pompa—yang lebih terang dari keduanya—bersinar pada sakelar, ini menciptakan ribuan kuasipartikel identik di lokasi yang sama, membentuk apa yang disebut kondensat Bose-Einstein, yang mengkodekan keadaan logika "0" dan "1" dari perangkat.

Untuk beralih di antara dua tingkat perangkat, tim menggunakan pulsa laser kontrol yang menyemai kondensat sesaat sebelum kedatangan pulsa laser pompa. Akibatnya, merangsang konversi energi dari laser pompa, meningkatkan jumlah kuasipartikel di kondensat. Jumlah partikel yang tinggi di sana sesuai dengan status "1" perangkat.

Para peneliti menggunakan beberapa penyesuaian untuk memastikan konsumsi daya yang rendah: Pertama, perpindahan yang efisien dibantu oleh getaran molekul polimer semikonduktor. Triknya adalah mencocokkan celah energi antara keadaan yang dipompa dan keadaan kondensat dengan energi dari satu getaran molekul tertentu dalam polimer. Kedua, tim berhasil menemukan panjang gelombang optimal untuk menyetel laser mereka dan menerapkan skema pengukuran baru yang memungkinkan deteksi kondensat satu tembakan. Ketiga, laser kontrol yang menyemai kondensat dan skema deteksinya dicocokkan dengan cara yang menekan kebisingan dari emisi "latar belakang" perangkat. Langkah-langkah ini memaksimalkan tingkat signal-to-noise perangkat dan mencegah kelebihan energi diserap oleh microcavity, yang hanya akan berfungsi untuk memanaskannya melalui getaran molekul.

"Masih ada beberapa pekerjaan di depan kami untuk menurunkan konsumsi daya keseluruhan perangkat kami, yang saat ini didominasi oleh laser pompa yang membuat sakelar tetap menyala. Rute menuju tujuan itu bisa berupa bahan superkristal perovskit seperti yang kami jelajahi bersama kolaborator. . Mereka telah membuktikan kandidat yang sangat baik mengingat kopling materi cahaya mereka yang kuat yang pada gilirannya mengarah pada respons kuantum kolektif yang kuat dalam bentuk superfluoresensi, "komentar tim.

Dalam skema yang lebih besar, para peneliti melihat sakelar baru mereka sebagai satu-satunya alat yang berkembang dari semua komponen optik yang telah mereka rakit selama beberapa tahun terakhir. Antara lain, ini termasuk pandu gelombang silikon low-loss untuk bolak-balik sinyal optik antara transistor. Pengembangan komponen ini membawa kita semakin dekat ke komputer optik yang akan memanipulasi foton daripada elektron, menghasilkan kinerja yang jauh lebih unggul dan konsumsi daya yang lebih rendah.

Sumber : Single-photon nonlinearity at room temperature, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03866-9 , www.nature.com/articles/s41586-021-03866-9
Heri MS
Heri MS Blogger Influencer dari Kuningan yang suka dengan dunia IT, Data Technology, website dan senang bereksplorasi tentang Ipteks. Semoga artikel saya ini bisa antik, otentik, asyik, unik dan menarik.

Posting Komentar untuk "Transistor Optik Baru Mempercepat Komputasi Hingga 1.000 Kali, dengan Energi Peralihan Serendah Mungkin"