Uskoro će se svjetlost koristiti umjesto žica u računarima

Svjetlost je mnogo, mnogo bolji prenosnik podataka nego što je struja žicama, ali ostvarivanje te ideje u praksi je pomalo problematično.

Tim inženjera nedavno je predstavio novi uređaj koji se zove „optička veza”, načinjen od silikona koji se može savijati pod pravim kutem, što je važan korak prema zamjeni žica u računalu s optikom. Istraživanje je vodila Jelena Vuckovic sa Sveučilišta Stanford, te je rezultate objavila u časopisu Scientific Reports.

„Svjetlost može prenijeti više podataka od žica, te je potrebno manje energije za prijenos fotona nego za prijenos elektrona”, objašnjava Vučković.

Tim koji vodi Vuckovic razvio je algoritam koji dopušta nužnim optičkim uređajima da se automatski razvijaju. Algoritam je također omogućio i dizajniranje nanostrukture koje su nužne za manipuliranje svjetlom za optički prijenos podataka.

Taj algoritam dozvolio je timu da izgradi optičku vezu, a sastoji se od vrlo malog djelića silikona s vertikalnim nanogravurama. Veza dužine osam mikrona ponaša se kao prizma, koja razbija zrake svjetla na razini valnih dužina. Gravure su oblikovane tako da usmjeravaju svjetlost na kutove od 90 stupnjeva u suprotnim smjerovima, tako da formiraju T. Sposobnost manipuliranja svjetlom na ovaj način je značajan korak prema u optičkom prijenosu podataka.

Veza se satoji od silikona zbog njegovog indeksa prelamanja (indikator brzine svjetlosti kroz određene materijale) koji iznosi 3,5. To je mnogo sporije od brzine infracrvene svjetlosti kroz vodu (1,3) ili zraka (oko 1). Prostor između linija gravura omogućava znanstvenicima da precizno manipuliraju načinima na koje će svjetlo biti reflektirano i preneseno dok ono prolazi kroz zrak i silikon.

„Željeli smo da softver dizajnira strukturu određene veličine samo s poznatim željenim inputima i outputima uređaja. Tijekom mnogih godina, istraživači nanofotonike kreirali su strukture koristeći samo jednostavnu geometriju i pravilne oblike. Strukture koje ovaj algoritam proizvodi su nešto što se dosad nikad nije napravilo”, objašnjava Vučković.

Iako je veza impresivni uređaj danas, algoritam kojim se prvo pristupilo jest običan komadić silikona. Linije gravure su dodane i zaglađene po potrebi, što se temeljilo na predviđenom uspjehu prema korištenju računalnog modela konveksne optimizacije. Iako računalo prolazi nekoliko stotina pokusa da bi se ustanovilo da optička veza točno funkcionira, za to treba samo 15 minuta.

„Ne postoji način da se analitički dizajniraju takvi uređaji”, dodaje koautor Alexander Piggot, istićući nadmoćnu prednost ovog algoritma.

T oblikovane zrake svjetla koje proizvodi veza u ovom istraživanju su moguće zbog tog algoritma imaju beskonačne načine manipuliranjem svjetla, što je vrlo korisno u prijenosu optičkih podataka, pogotovo sad s brzim razvojem ove grane tehnologije.