Что такое фотоника и оптический компьютер

Если читатели Футурики знакомы с современными технологиями не по наслышке, то у вас наверняка нет сомнений, что технологический прогресс ускоряется в геометрической прогрессии.

Компьютерная эволюция

Раньше требовалось по нескольку тысяч лет для того, чтобы человечество перешло от каменных к бронзовым технологиям, потом к железным, стальным. Не осталось ни одного живого свидетеля тому технологическому прорыву.

В наше время здравствуют и поныне, те люди, кто пережил весь генезис компьютеров! Начиная с ранних электромеханических устройств разрабатываемых в Блетчли Парк (Bletchley Park) во время Второй мировой войне, до множества компьютерных чипов, позволяющих играть в игры на компьютере со сложной реалистичной графикой, к примеру таких, как научно-фантастический шутер от первого лица Кризис (Crysis).

В прошлом 2010 году достижения «научно-технологического фронта» были направлены на увеличение времени автономной работы электронных устройств, снижения энергопотребления и были даже намеки на прозрачные, носимые компьютеры, которые перекочевали и в одиннадцатый и в двенадцатый год.

Вы, наверное, не будете удивлены, узнав, что основные достижения 2011 года были связаны с мобильными компьютерами — умными телефонами и, действительно, если какой-то год можно было бы назвать годом смартфонов, то это был бы 2011.

Оптоинформатика

Следующим заметным достижением ушедшего года стало развитие сектора оптических сетей, а именно, увеличении их протяженности (Fiber to the Building), скорости передачи данных и разработка квантовых фотонных чипов.

Сейчас, в основном, волоконно-оптические сети связывают узлы связи (Fiber to the Node), а домашние и офисные локальных сети по-прежнему на медном кабеле. В ближайшем будущем оптические телекоммуникационные системы расширят свою сеть если не до дома, то до здания.

Скорее всего этот процесс не затянется на столетия, буквально вот-вот, многопроцессорные компьютеры с оптической межпроцессорной связью (квантовые фотонные процессоры) найдут свое место в повседневной жизни — имя им «оптокомы» и «светофоны» .

Этот переход, на оптическую технику, обеспечит лучшее шифрование данных, а в конечном итоге увеличится эффективность отдельных видов вычислений. Кроме того, снизится энергопотребление вместе с тепловыделением свойственное нынешним процессам миниатюризации. Некоторые элементы фотонных чипов приближены к размерам молекул.

Сейчас магистральные сети оптические, а компьютеры обрабатывающие их сигнал базируются на электронных чипах. Естественно, что оптический компьютер, в котором свет управляет светом, будет завязан в такую же «световую» сеть.

Фотоника

В принципе, в науке изучающей распространение энергии, состоящей из частиц света, заинтересованы не только интернет-сети (см. Википедию).

Создание информационного светового потока само по себе требует мощных лазеров и какого-то, пластикового (стеклянного) волокна, сложного в производстве. В итоге, даже если протянуть все эти сети от лазера до оптического компьютера в доме (Fiber to the Home), включение и поддержка всей этой «иллюминации» потребует много нового дорогого оборудования.

В 2011 году ряд открытий и инноваций, кажется, стерли всякие такие барьеры и приблизили компьютерную фотонику непосредственно к серийному производству.

«Диод для света» — новый компонент фотонных чипов

оптический фотонный чип компьютера
Garnet — гранат, Si — rремний, SiO2 — оксид кремния (кремнезём)

Все мы отчасти знакомы с обычными светодиодами (LED). Их можно назвать краеугольным камнем современных технологий для потребителя, поскольку, благодаря им, светодиодам, возможно изготовление тонких и легких телевизоров и смартфонов. Светодиоды постепенно начинают играть значительную роль в домашнем хозяйстве, например, в виде обычных ламп освещения. Используются для «карманного» и автомобильного освещения.

Новый компонент — «диод для света», аналогичен обычному светодиоду, работает со светом. Когда по оптоволокну проходит сигнал в виде пучка света, к вашему компьютеру, сейчас, он доходит преобразованным в электрический и дальше внутри компа, все данные переносятся с помощью электронов.

Суть последних разработок: избавиться от преобразования светового сигнала (фотонов) в электрический (электронов) на всем протяжении прохождения по цепи. Если раньше процессы протекающие в чипе можно было описать как фотон-электрон-фотон, то сейчас, благодаря «диоду для света» встроенному в чип — фотон-фотон. Оптический компьютер становится реальностью.

технологический процесс изготовления

Это значит, что по волоконно-оптической сети к компьютеру может подводиться сразу несколько пучков информации без преобразования и замедления сигнала. Скорость света превосходит скорость компьютера на электронах. По медным проводам может проходить только один электронный поток данных.

Не будем углубляться в техническую сторону открытия, скажем, лишь то, что для изготовления «диода для света» использовался природный камень гранат. Всё изготавливалось на стандартном производственном оборудовании.