기록적인 속도의 광 스위칭으로 초고속, 광 기반 전자 장치 및 컴퓨터의 문이 열립니다:

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애리조나 대학교 물리 및 광학 과학 조교수 Mohammed Hassan CREDIT Courtesy of M. Hassan/University of Arizona

애리조나 대학교 물리 및 광학 과학 조교수 Mohammed Hassan CREDIT
M. Hassan/University of Arizona 제공

요약 :
시중에서 가장 비싼 하드웨어보다 1만 배 빠르게 작동하는 가정용 컴퓨터를 상상해 보십시오. 이제 그 수준의 컴퓨팅 성능을 업계 표준으로 상상해 보십시오. 애리조나 대학의 연구원들은 현재 세계를 운영하는 반도체 기반 트랜지스터에서 현저하게 개선된 광 기반 광학 컴퓨팅을 사용하여 그 현실을 위한 길을 닦기를 희망합니다.

기록적인 속도의 광학 스위칭은 초고속, 조명 기반 전자 장치 및 컴퓨터를 위한 문을 엽니다.

투산, 애리조나 | 게시일: 24년 2023월 XNUMX일

"반도체 기반 트랜지스터는 오늘날 우리가 사용하는 모든 전자 제품에 포함되어 있습니다."라고 물리학 및 광학 과학 조교수인 Mohammed Hassan은 말했습니다. "어린이 장난감에서 로켓에 이르기까지 모든 산업의 일부이며 전자 제품의 주요 빌딩 블록입니다."

하산은 지난 XNUMX월 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 "초고속 광 스위칭 및 합성 광 필드의 데이터 인코딩"이라는 연구 기사를 발표한 국제 연구팀을 이끌고 있습니다. UArizona 물리학 박사 후 연구원 Dandan Hui와 물리학 대학원생 Husain Alqattan도 오하이오 주립 대학과 Ludwig Maximilian University of Munich의 연구원들과 함께 이 기사에 기여했습니다.

전자 제품의 반도체는 "켜짐" 또는 "꺼짐"으로 표시되는 전기 및 데이터의 흐름을 전환(허용 또는 방지)하기 위해 마이크로웨이브를 통해 전송되는 전기 신호에 의존합니다. 하산은 전자공학의 미래는 전기 신호를 제어하기 위해 레이저 광을 사용하는 대신 "광 트랜지스터"의 구축과 초고속 광학 전자 장치의 개발을 위한 문을 여는 것에 기반을 둘 것이라고 말했습니다.

1940년대에 반도체 트랜지스터가 발명된 이후로 기술 발전은 헤르츠 단위로 측정되는 전기 신호가 생성될 수 있는 속도를 높이는 데 집중되었습니다. Hassan에 따르면 세계에서 가장 빠른 반도체 트랜지스터는 800기가헤르츠 이상의 속도로 작동할 수 있습니다. 해당 주파수에서의 데이터 전송은 피코초 또는 XNUMX조분의 XNUMX초 단위로 측정됩니다.

컴퓨터 처리 능력은 반도체 트랜지스터 도입 이후 꾸준히 증가했지만 Hassan은 더 빠른 기술 개발의 주요 관심사 중 하나는 트랜지스터를 마이크로칩에 계속 추가함으로써 발생하는 열이 결국 통과할 수 있는 것보다 더 많은 냉각 에너지를 필요로 한다는 것이라고 말했습니다. 칩.

그들의 기사에서 Hassan과 그의 협력자들은 attosecond 시간 척도에서 측정된 페타헤르츠를 초과하는 데이터 전송 속도에 도달하기 위해 광 신호를 켜고 끄는 전광 전환을 사용하는 것에 대해 논의합니다. 아토초는 1경분의 XNUMX초로, 가장 빠른 반도체 트랜지스터보다 XNUMX만 배 빠른 데이터 전송을 의미합니다.

광 스위치는 이미 반도체 트랜지스터 기반 기술보다 빠른 정보 처리 속도를 달성하는 것으로 나타났지만 Hassan과 그의 공동 저자는 XNUMX억분의 XNUMX초 규모에서 발생하는 광원의 켜짐 및 꺼짐 신호를 등록할 수 있었습니다. 이는 광학에 자주 사용되는 유리인 용융 실리카의 특성을 이용하여 이루어졌다. 용융 실리카는 순간적으로 반사율을 변경할 수 있으며 초고속 레이저를 사용하여 Hassan과 그의 팀은 아토초 시간 척도에서 빛의 신호 변화를 등록할 수 있었습니다. 또한 이 작업은 빛을 통해 이전에는 불가능했던 속도로 켜짐과 꺼짐을 나타내는 "XNUMX"과 "XNUMX"의 형태로 데이터를 보낼 수 있는 가능성을 보여주었습니다.

"이 새로운 발전은 초고속 레이저 펄스에서 데이터를 인코딩할 수 있게 하여 데이터 전송 속도를 높이고 지구에서 깊은 우주로의 장거리 통신에 사용될 수 있습니다."라고 Hassan은 말했습니다. "이는 데이터 처리 및 정보 인코딩의 제한 속도를 높이고 정보 기술의 새로운 영역을 열 것을 약속합니다."

이 프로젝트는 과학적 발견, 환경 보존 및 환자 치료에 대한 연구를 지원하여 "미래 세대를 위한 긍정적인 결과 창출"을 목표로 하는 조직인 Gordon and Betty Moore Foundation에서 1.4년에 Hassan에게 수여한 2018만 달러의 보조금으로 자금을 지원 받았습니다. 이 기사는 또한 미 공군 과학 연구실의 젊은 조사자 연구 프로그램에서 지원하는 작업을 기반으로 합니다.

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다니엘 스톨 테
애리조나 대학
사무실 : 520-626-4402
전문가 연락처

모하메드 하산
애리조나 대학교 물리학과

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