Оптические транзисторы, которые используют один лазерный луч для контроля других, могут стать основой будущего поколения сверхбыстрых компьютеров, основанных на передаче света, считают швейцарские ученые.

Традиционные компьютеры основаны на транзисторах, которые позволяют одному электроду контролировать ток, протекающий через устройство, а при их объединении формировать логические элементы и процессоры. Новый компонент достигает того же эффекта, но для лазерный лучей, а не для электрического тока. Зеленый лазерный луч используется для управления энергией оранжевого луча, проходящего через устройство.

Это открывает новый возможный путь к основанным на свете вычислениям взамен электронных. Такие фотонные расчеты являются желательными, поскольку компоненты, использующие передачу света по оптическим каналам, могут быть гораздо более быстрыми, чем те, что используют провода для передачи электрических сигналов. И хотя предыдущие попытки создать оптические транзисторы для таких цепей не имели большого успеха. Новое устройство может изменить эту ситуацию.

Для того чтобы создать такое устройство Вахид Сандогдар (Vahid Sandoghdar) вместе со своими коллегами из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе суспендировали тетрадекан, углеводородный краситель, в органической жидкости. Затем они охладили эту суспензию до -272 °С, используя жидкий гелий, создав кристаллическую матрицу, в которой отдельные молекулы могут стать объектом воздействия лазера.

Когда тонко настроенный оранжевый лазерный луч наводится на молекулу красителя, он эффективно ею поглощается, оставляя за собой гораздо более слабый сигнал. Но когда молекула также становится целью зеленого лазера, она начинает излучать сама по себе сильный оранжевый свет, повышая мощность оранжевого выходного луча. Тот свет интерферирует с входящим оранжевым лучом и делает его ярче. Однако этот эффект снижается для углеводородной молекулы, поглощающей зеленый свет, но лишь на величину эквивалентной энергии для формирования оранжевого излучения.

Использование зеленого луча для переключения оранжевого выходного пучка со слабого на сильный аналогично принципу действия управляющего электрода транзистора, переключающего ток. И это происходит с одной молекулой, а в будущем фотонные чипы могут быть упакованы миллиардами подобных частиц.

"Это изящный трюк, но работа команды из Цюриха далека от коммерческой жизнеспособности", — говорит Малкольм Пенн (Malcolm Penn), генеральный директор компании Future Horizons, исследующей рынок электроники. "Эксплуатационные расходы на таких низких, криогенных температурах высоки". Но закон Мура, который говорит о том, что число элементов чипа приблизительно удваивается каждые два года, не может соблюдаться бесконечно долго, пока вычисления будут основываться на кремнии, и это сделает некоторые новые идеи ценными. "В исследовательских лабораториях кремниевые чипы размером 15 нм уже ведут себя плохо, поскольку квантовая хаотичность заставляет устройство работать не так, как оно должно функционировать, поэтому мы, безусловно, нуждаемся в новых идеях", — добавляет Пенн.