यूटा विश्वविद्यालय में, फोटोनिक चिप्स के लिए एक अदृश्यता लबादा बनाया

डैन हिक्ससन / यूटा कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग

से हैरी पॉटर के अदृश्य मंत्र से लेकर एक रोमुलन छुपाने वाला उपकरण जिसने स्टार ट्रेक ब्रह्मांड में एक युद्धपोत अदृश्य कर दिया था, अदृश्यता जादू विज्ञान कथा लेखकों और सपने देखने वालों की कल्पनाओं का परिणाम था। अमेरिकी वैज्ञानिकों ने इस कष्टप्रद तथ्य को सही करने का फैसला किया है और फोटॉन प्रोसेसर के लिए "अदर्शन्यता" बनाया है।

राजेश मेनन, यूटा विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर इंजीनियरिंग विभाग में एक प्रोफेसर , और उनकी टीम ने सूक्ष्म निष्क्रिय फोटोनिक उपकरणों के लिए एक मास्किंग बाधा विकसित की - मानक फोटोनिक कंप्यूटर चिप इकाइयां जो विद्युत प्रवाह के बजाय प्रकाश की दालों पर काम करती हैं - चिप्स को छोटा, तेज और भविष्य में बहुत कम ऊर्जा का उपभोग करने के लिए। ।

आधुनिक सिलिकॉन से अधिक फोटोनिक चिप्स का लाभ कम ऊर्जा की गति और खपत है। नतीजतन, वे कम गर्मी भी पैदा करते हैं। ऐसे प्रोसेसर में, फोटोनिक ब्लॉकों के घनत्व को बढ़ाना संभव है, जिनमें से प्रत्येक आधुनिक सिलिकॉन चिप्स में अरबों ट्रांजिस्टर के साथ सादृश्य द्वारा एक निश्चित कार्य करेगा। उदाहरण के लिए, एक माइक्रोक्रिकिट के ब्लॉकों का एक समूह गणना करेगा, दूसरा डेटा संसाधित करेगा, और इसी तरह।

हालांकि, एक समस्या है: यदि दो फोटोनिक ब्लॉक एक-दूसरे के बहुत करीब हैं, तो वे काम नहीं करेंगे, क्योंकि उनके बीच प्रकाश के रिसाव से "क्रॉसस्टॉक", रेडियो हस्तक्षेप के समान होगा। यदि आप उन्हें एक निश्चित दूरी पर रखते हैं, तो समस्या हल हो जाएगी, लेकिन अंत में आपको एक बड़ा प्रोसेसर मिलता है।

इसलिए मेनन और उनकी टीम ने पाया कि दो फोटोनिक ब्लॉकों के बीच एक विशेष सिलिकॉन नैनो-बैरियर लगाना संभव है, जो एक "क्लोक" और "ट्रिक्स" के रूप में काम करता है, दूसरे से छुपाता है। “हमने हैरी पॉटर की अदृश्यता लता के समान एक सिद्धांत का इस्तेमाल किया। प्रकाश जो एक उपकरण में प्रवेश करता है, उसे "पड़ोसी" की अनुपस्थिति का अनुकरण करते हुए, पुनर्निर्देशित किया जाता है। यह एक बाधा की तरह दिखता है - यह प्रकाश को मूल उपकरण में वापस निर्देशित करता है। यह भ्रामक है कि दूसरी ओर कुछ भी नहीं है, ”राजेश मेनन कहते हैं।

इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि अरबों फोटोनिक ब्लॉक एक क्रिस्टल में रखे जा सकते हैं। चूंकि फोटॉन चिप्स डेटा संचारित करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के बजाय फोटॉन का उपयोग करते हैं, वे संभावित रूप से 10 से 100 गुना कम ऊर्जा का उपभोग कर सकते हैं। Google और Facebook जैसी विशाल कंपनियों के स्वामित्व वाले डेटा सेंटर सर्वरों में ऐसे प्रोसेसर का उपयोग करना उचित है, क्योंकि वे भारी मात्रा में बिजली की खपत करते हैं। लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी के एक अध्ययन के अनुसार , 2014 में डेटा सेंटरों ने अकेले 70 बिलियन किलोवाट घंटे की खपत की, कुल अमेरिकी बिजली की खपत का 1.8% था। विशेषज्ञों के अनुसार, 2020 तक कुल खपत में 4% की वृद्धि होगी।

आज, फोटोनिक प्रोसेसर मुख्य रूप से उच्च श्रेणी के सैन्य उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं। मेनन का सुझाव है कि एक ही चिप्स का उपयोग कई वर्षों तक डेटा केंद्रों में किया जाएगा। उनका यह भी मानना ​​है कि इसका विकास वैश्विक पर्यावरणीय समस्याओं को हल करने में मदद करेगा: “इलेक्ट्रॉनिक्स से फोटोनिक्स में स्थानांतरित करके, हम कंप्यूटरों को बहुत अधिक कुशल बना सकते हैं और अंततः सभी प्रकार के उपकरणों के लिए कार्बन उत्सर्जन और ऊर्जा की खपत पर एक बड़ा प्रभाव डाल सकते हैं। अब कई लोग इस समस्या को हल करने की कोशिश कर रहे हैं। ”

एक साल पहले, राजेश मेनन के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम विकसित हुईअल्ट्रा-कॉम्पैक्ट बीम फाड़नेवाला प्रकाश तरंगों को सूचना की दो अलग-अलग धाराओं में विभाजित करने के लिए बनाया गया सबसे छोटा उपकरण है। इसका आकार केवल 2.4x2.4 माइक्रोन है। यह एक मानव बाल की चौड़ाई का लगभग 1/50 है और इस तरह के उपकरणों के लघुकरण की भौतिक संभावनाओं की सीमा के करीब है। पहले, इस प्रकार के सबसे छोटे उपकरण को 100x100 माइक्रोन से बड़ा बीम स्प्लिटर माना जाता था।

इस आविष्कार ने तेज फोटोनिक चिप्स के निर्माण के लिए एक निश्चित गति प्रदान की। फोटोनिक्स कारों की शक्ति और गति को एक लाख गुना बढ़ा सकते हैं: सुपर कंप्यूटर, डेटा सेंटर सर्वर और विशेष उपकरण, एक कार में ऑटोपायलट सिस्टम और ड्रोन में वस्तुओं का पता लगाने के लिए प्रौद्योगिकी। अंततः, इसे उपभोक्ता उपकरणों - होम कंप्यूटर और स्मार्टफ़ोन, साथ ही अनुप्रयोगों में सुधार करना चाहिए: गेम से वीडियो स्ट्रीमिंग तक। पहले सिलिकॉन आधारित फोटोनिक्स सुपर कंप्यूटर वर्तमान में इंटेल और आईबीएम जैसी कंपनियों के विकास के अधीन हैं। वे हाइब्रिड चिप्स का उपयोग करेंगे, पारंपरिक सिलिकॉन तत्वों से मिलकर, नए के साथ मिलकर - फोटोनिक।

रूसी वैज्ञानिक फोटोनिक उपकरणों के विकास में अपने पश्चिमी समकक्षों के साथ बनाए रखने की कोशिश कर रहे हैं। 2015 में, विदेशी वैज्ञानिकों के एक समूह के हिस्से के रूप में मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक ऑप्टिकल पल्स स्विच बनाया । 250 नैनोमीटर के व्यास वाली एक डिस्क एक समय में फेमटोसेकंड (1 फेमटोसेकंड सेकंड के एक अरबवें हिस्से का एक मिलियनवां हिस्सा) द्वारा काम करने में सक्षम है।

9 नवंबर, 2016 को नेचर कम्युनिकेशंस नामक पत्रिका में एक वैज्ञानिक लेख प्रकाशित हुआ।
DOI: 10.1038 / ncomms13126

Source: https://habr.com/ru/post/hi398985/