Bahnbrechende Entdeckungen bei Lichtwechselwirkungen mit Nanopartikeln ebnen den Weg für Fortschritte in der optischen Datenverarbeitung

Computer sind ein unverzichtbarer Teil unseres täglichen Lebens, und der Bedarf an Computern, die schneller arbeiten, komplexe Probleme effizienter lösen und durch Minimierung der für die Berechnung erforderlichen Energie einen geringeren ökologischen Fußabdruck hinterlassen, wird immer dringender. Jüngste Fortschritte in der Photonik haben gezeigt, dass es möglich ist, effizientere Berechnungen durch optische Geräte zu erreichen, die Wechselwirkungen zwischen Metamaterialien und Lichtwellen nutzen, um interessierende mathematische Operationen auf die Eingangssignale anzuwenden und sogar komplexe mathematische Probleme zu lösen. Bisher erforderten solche Computer jedoch einen großen Platzbedarf und eine präzise, ​​großflächige Fertigung der Komponenten, die aufgrund ihrer Größe nur schwer in komplexere Netzwerke skaliert werden können.

Eine neu erschienene Arbeit in Briefe zur körperlichen Überprüfung von Forschern des Advanced Science Research Center am CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) beschreibt eine bahnbrechende Entdeckung bei Nanomaterialien und Lichtwellenwechselwirkungen, die den Weg für die Entwicklung kleiner, energiesparender optischer Computer ebnet, die zu fortschrittlicher Datenverarbeitung fähig sind.

„Der steigende Energiebedarf großer Rechenzentren und Ineffizienzen in aktuellen Computerarchitekturen sind zu einer echten Herausforderung für unsere Gesellschaft geworden“, sagte Andrea Alù, Ph.D., korrespondierende Autorin des Papiers, Gründungsdirektorin der Photonics Initiative der CUNY ASRC und Einstein-Professorin Physik am Graduiertenzentrum. „Unsere Arbeit zeigt, dass es möglich ist, ein Objekt im Nanomaßstab zu entwerfen, das effizient mit Licht interagieren kann, um komplexe mathematische Probleme mit beispielloser Geschwindigkeit und nahezu ohne Energiebedarf zu lösen.“

In ihrer Studie entwarfen CUNY ASRC-Forscher ein nanoskaliges Objekt aus Silizium, das bei der Abfrage mit Lichtwellen, die ein beliebiges Eingangssignal tragen, in der Lage ist, die entsprechende Lösung eines komplexen mathematischen Problems in das gestreute Licht zu codieren. Die Lösung wird mit Lichtgeschwindigkeit und mit minimalem Energieverbrauch berechnet.“

„Diese Erkenntnis ist vielversprechend, da sie einen praktischen Weg zur Schaffung einer neuen Generation von sehr energieeffizienten, ultraschnellen, ultrakompakten optischen Computern im Nanomaßstab und anderen nanophotonischen Technologien bietet, die für klassische und Quantenberechnungen verwendet werden können“, sagte Heedong Goh, Ph.D ., Hauptautor der Veröffentlichung und Postdoktorand in Alùs Labor. „Die sehr geringe Größe dieser optischen Computer im Nanomaßstab ist besonders attraktiv für die Skalierbarkeit, da mehrere Nanostrukturen kombiniert und durch Lichtstreuung miteinander verbunden werden können, um komplexe Computernetzwerke im Nanomaßstab zu realisieren.“