Подарок к Рождеству: «крюки Рождественского» привели к оптическому компьютеру

Последнее достижение сотрудников IBM, возможно, наконец, открыло путь к созданию оптического компьютера.

Для создания подобного компьютера требуется «остановить» световой сигнал, что долгое время оставалось одним из ключевых препятствий на пути реализации идеи. При всех своих преимуществах перед электрическим током свет не мог храниться в регистрах или ждать, пока освободится информационная шина. Это означало, что оптический компьютер не мог стать этапом эволюции ЭВМ.

Недавно журнал Nature опубликовал работу исследователей из IBM (T.J. Watson Research Center, США) по реализации электрического управления скоростью света в микроминиатюрном устройстве на кремниевой микросхеме.

Напомним, что групповая скорость света в некоторых средах вблизи резонансного поглощения может быть заметно меньше его скорости в вакууме. В старых отечественных учебниках физики упоминаются так называемые «крюки Рождественского», обнаруженные еще в начале прошлого века, дающие наглядное и запоминающееся представление об этом явлении.
Подзабытые классические представления превратились в сенсацию, когда в Phys. Rev. Lett. в 2001 году была опубликована статья по «остановке света» в парах рубидия. Попав в список лучших работ по физике 2001 года, исследование вызвало лавину работ, в которых свет затормаживался или ускорялся. Однако эксперименты по «остановке света» оставались прерогативой оптических лабораторий, оснащенных перестраиваемыми лазерами. Микроминиатюризацию, необходимую для практических применений, на этом пути представить было невозможно.

Устройство для электрического управления светом, описанное в Nature, представляет собой интерферометр Маха-Цендера. В устройстве пластиковые волноводы, разделяющие свет по плечам интерферометра, сопряжены с отрезками фотонных кристаллов, которые составляют часть пути света в каждом разделенном плече. В свою очередь, фотонные кристаллы реализованы как «решето» из отверстий в тонкой, 223-нанометровой кремниевой пластине.
Система отверстий образует треугольную решетку с периодом 437 нм, радиусы отверстий составляют четверть периода волны.

Подведя соответствующим образом электрические контакты, авторы смогли по своему усмотрению нагревать одно или другое плечо интерферометра и, варьируя тем самым параметры материала в одном из плеч, менять, в том числе, и скорость прохождения света в конкретном плече интерферометра. Достигнутое изменение скорости света легко регистрируется интерферометром по изменению интенсивности прошедшего через него света.
Также в тексте статьи упоминается еще и «электрическое управление» световой скоростью.

Эксперты считают маловероятным, что современная электронная вычислительная техника позволит оптическим ЭВМ себя догнать, однако новый результат, считают они, скорее всего, будет востребован – научные результаты, как и рукописи, не горят.