Ученые ЛЭТИ разработали ячейку оперативной памяти для оптических компьютеров будущего

Сегодня современные электронные вычислительные машины подходят к пределу своих возможностей по соотношению производительности к энергозатратам. Поэтому научные группы по всему миру разрабатывают альтернативные подходы к построению компьютеров, которые будут более компактными, энергоэффективными и быстродействующими.

Одним из относительно новых и перспективных исследовательских направлений в данной сфере является радиофотоника, которая исследует способы генерации, передачи и обработки сигналов с помощью электромагнитных волн оптического диапазона. В последние годы было показано, что принципы фотоники могут быть использованы для создания компактных интегральных вычислительных устройств, которые будут обладать рядом преимуществ по сравнению с обычной электроникой. Однако для их производства требуется разработать материалы, компоненты и технологии производства.

«Мы разработали оптическую ячейку памяти, которая представляет собой кольцевой микрорезонатор, способный под действием лазера изменять свои характеристики и демонстрировать два различных стабильных состояния. Мы можем переключаться между ними, регулируя мощность оптического сигнала, который подается в кольцо. По аналогии с записью информации на обычных элементах памяти одно состояние соответствует нулю, а другое единице», – рассказывает доцент кафедры физической электроники и технологии (ФЭТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Александрович Никитин.

Создание оптической ячейки памяти стало возможно благодаря тому, что ранее ученые ЛЭТИ обнаружили эффект зарядовой бистабильности – существования двух различных стабильных состояний в зависимости от предыстории резонансной системы, – возникающей за счет двухфотонного поглощения.

Ячейка представляет собой кольцевой микрорезонатор диаметром 256 мкм и толщиной 0,25 мкм, изготовленный по технологии кремний-на-изоляторе. Устройство выполнено по широко распространенной методике изготовления компонентов для полупроводниковой электроники – КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Результаты исследования опубликованы в научном журнале Optics Communications.

«Наша разработка может использоваться для конструирования оперативной памяти оптических компьютеров и других вычислительных устройств нового поколения, которые в своей работе используют принципы радиофотоники. Необходимо отметить, что наши эксперименты по проверке концепции были проведены на сравнительно крупном экспериментальном образце кольцевого резонатора, размеры которого могут быть значительно уменьшены. Производить такие оптические ячейки можно с применением уже существующих технологий, что в будущем открывает широкие возможности для внедрения», – поясняет руководитель лаборатории магноники и радиофотоники, профессор кафедры ФЭТ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Борисович Устинов.

Разработка методологии, компонентной базы и прототипов устройств на новых физических принципах в ЛЭТИ проводится в лаборатории магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса, которая была создана в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2021 году в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации. Так, ранее сотрудники лаборатории разработали нелинейный фазовращатель для новых видов вычислительных устройств.