Исследователи из Астраханского государственного технического университета работают над созданием фотонных элементов коммутации для фотонных компьютеров. С помощью гиперболических метаматериалов и анизотропных материалов они планируют добиться заметных технологических сдвигов, на основе которых фотонные компьютеры получат заметное преимущество над существующими электронными. О происходящем пишет сайт Астраханского государственного технического университета, одна из последних работ исследователей на эту тему опубликована в Applied Physics A. Material Science and Processing.
Фотонные компьютеры давно рассматриваются как возможная альтернатива электронным. У них есть большое преимущество — фотоны движутся со скоростью света, а электроны в лучшем случае в несколько раз медленнее. Однако пока это преимущество скорее теоретическое. Если в современной электронике легко переключить логический элемент из проводящего состояния в непроводящее (управляя проводником с помощью электромагнитного поля) и передать электроны от одного транзистора к другому (по металлическому проводнику), то в фотонных компьютерах переключить прозрачную среду в непрозрачное состояние быстро — уже проблема. Есть сложности и с коммутацией — мгновенным изменением параметров сети, передающей частицы от одного логического элемента к другому. Фотоны не электроны — управлять ими простым приложением электрического поля пока не получается.
Именно поэтому астраханские исследователи взялись за создание фотонных элементов коммутации, основанных на новых материалах — в частности, гиперболических метаматериалах и управляемых анизотропных материалах. Это искусственные материалы, отличающиеся от обычных тем, что коэффициент преломления в них отрицательный. С отрицательным коэффициентом преломления заметно меняются свойства распространяющихся в таких материалах потоков светового излучения. В частности, ими становится возможным гибко управлять, переключая среду метаматериала так, что поток излучения то будет проходить через определенную точку, то сможет огибать ее. Кроме того, фазовые и групповые скорости световых волн в таких материалах разнонаправлены. Все это позволяет увеличить пространственное разнесение оптических сигналов и поднять объем передаваемой информации.
До сих пор гиперболические метаматериалы и управляемые анизотропные материалы применялись в системах связи и обработки информации независимо друг от друга. Ученые из АГТУ впервые предложили использовать материалы именно в таком сочетании, что позволило добиться максимальной гибкости в управлении потоками фотонов. На этой основе ими весной этого года получен патент на фотонную коммуникационную ячейку.