Foto: Yi Yu

Představte si svět, kde počítače komunikují rychlostí světla. To, co zní jako sci-fi, se nyní stává realitou díky průlomovému objevu vědců z Technické univerzity v Dánsku. Malý nanolaser, který by mohl snížit spotřebu energie počítačů na polovinu, je na obzoru.

Autor původního článku: redakce

Nový pohled na mikroprocesory

Vědci z DTU vytvořili ultra-malý nanolaser, který by mohl umožnit, aby mikroprocesory přenášely informace pomocí světla místo elektřiny. Tento objev by mohl potenciálně zrychlit počítače a snížit jejich energetickou náročnost o polovinu. Tisíce těchto laserů by se mohly vejít na jeden čip, což otevírá možnosti pro efektivnější datová centra, chytré telefony a pokročilé medicínské senzory.

Světlo místo elektřiny

Nanolaser je konstruován v polovodičové membráně, která způsobuje, že se elektrony a světlo shromažďují v malé oblasti. Použití světla místo elektrických signálů na mikroprocesorech může zvýšit rychlost dat a snížit energetické ztráty. „Nanolaser otevírá možnost vytvoření nové generace komponentů, které kombinují vysoký výkon s minimální velikostí. To by mohlo být v oblasti informačních technologií, kde ultra-malé a energeticky úsporné lasery mohou snížit spotřebu energie v počítačích, nebo ve vývoji senzorů pro zdravotnictví, kde extrémní koncentrace světla nanolaseru může poskytovat vysoce kvalitní obrazy a ultrasenzitivní biosenzory,“ říká profesor Jesper Mørk z DTU.

Výzvy a budoucnost

Většina internetu již spoléhá na světlo pro přenos informací skrze optická vlákna. Uvnitř počítačů však data stále proudí elektronickými obvody pomocí elektřiny, což produkuje teplo a může omezit rychlost přenosu informací. Nanolasery by mohly přinést optickou komunikaci přímo na mikroprocesory. Generováním světelných signálů efektivně uvnitř čipu by mohly umožnit pohyb informací s velmi malými energetickými ztrátami, což by potenciálně mohlo učinit budoucí zařízení rychlejšími, chladnějšími a energeticky efektivnějšími.

Profesor Mørk odhaduje, že použití nanolaserů v počítačích by mohlo snížit spotřebu energie až o polovinu. Kompaktní nanolaser DTU je důležitým krokem k dosažení tohoto cíle. Budoucí čipy navržené kolem komunikace založené na světle by pravděpodobně vyžadovaly tisíce extrémně malých a efektivních laserů, které by společně přenášely informace napříč čipem.

Technické výzvy

Nový nanolaser byl vytvořen v čisté místnosti DTU Nanolab. Podle Mørka zařízení překračuje konvenční limit, jak malý může být laser vyroben. V jeho jádru je struktura známá jako nanokavita, která zachycuje a koncentruje světlo v mimořádně malém prostoru. Dosáhnout tak intenzivního uzavření na této úrovni bylo dosud považováno za extrémně obtížné.

Když vědci nasměrují paprsek světla na zařízení, fotony i elektrony se koncentrují ve stejné mikroskopické oblasti. Tato interakce umožňuje laseru fungovat při pokojové teplotě a vyžaduje neobvykle málo energie. Struktura zachycující světlo použitá v nanolaseru byla původně vyvinuta skupinou profesora Ole Sigmunda na DTU Construct.

Budoucí aplikace

Další velkou výzvou je, aby nanolaser fungoval s použitím elektrické energie. Pokud se to vědcům podaří, technologie by mohla mít široké uplatnění v oblasti výpočetní techniky, komunikací a zdravotnictví. Počítače a chytré telefony by mohly potenciálně poskytovat vyšší výkon při nižší spotřebě elektřiny. Datová centra, která vyžadují obrovské množství energie, by také mohla zaznamenat značné snížení energetické náročnosti, což by mohlo vést k významným klimatickým přínosům.

V oblasti zdravotnické technologie by schopnost nanolaseru koncentrovat světlo do extrémně malé oblasti mohla podpořit ultra-senzitivní senzory a systémy s vysokým rozlišením. Vědci odhadují, že zbývající technické výzvy by mohly být vyřešeny během příštích 5-10 let.