Учёные из «Сколтеха» и немецких институтов выявили пределы быстродействия оптического логического элемента, созданного ещё шесть лет назад. Новый рекорд — 240 ГГц. Это в сотни раз быстрее современных транзисторов и потенциальный шаг к оптическим компьютерам будущего.
Международная команда учёных при участии исследователей из «Сколтеха» протестировала оптический логический вентиль нового поколения — устройство, способное выполнять логические операции в сотни раз быстрее транзисторов и без перегрева. Это продолжение проекта, начатого около шести лет назад.
Ключ к высокой скорости — в замене электронов на экситон-поляритоны, квазичастицы, сочетающие свойства фотонов и материи. Они не создают тепловых потерь и способны работать при комнатной температуре. Разработка реализует логическую операцию NOR и построена на органическом микрорезонаторе.
Статья об исследовании в журнале Physical Review B описывает фундаментальные ограничения скорости такого устройства. Главный фактор — остаточные эффекты, особенно бимолекулярное гашение, при котором поляритоны предыдущего логического состояния мешают следующему, вызывая искажения.
На схеме изображён органический микрорезонатор, функционирующий как логический элемент. Выходной сигнал зависит от того, синхронизированы ли входные импульсы и было ли исчерпано предыдущее состояние.
Источник: Physical Review B (2025). DOI: 10.1103/PhysRevB.111.L161403.
Тем не менее, учёным удалось достичь частоты в 240 ГГц — это один из лучших результатов среди всех известных оптических вентилей. Как поясняет первый автор работы, аспирант «Сколтеха» Михаил Миско, добиться этого удалось за счёт учёта делокализации поляритонов и оптимизации длительности управляющих импульсов.
«Для стабильной работы логики важно, чтобы импульсы не накладывались друг на друга и не усиливали сигнал случайным образом. Это требует очень точного тайминга и понимания динамики потерь в системе», — добавляют авторы.
Результаты подтверждают теоретические модели и открывают путь к более масштабным оптическим логическим схемам. В перспективе они могут лечь в основу оптических компьютеров, способных выполнять операции в тысячу раз быстрее существующих электронных систем.
