С наступлением эпохи искусственного интеллекта и больших данных традиционные электронные компьютеры все чаще сталкиваются с физическими узкими местами при обработке огромных объемов данных. Напротив, фотонные компьютеры, которые обрабатывают данные с использованием фотонов вместо электронов, предлагают замечательные преимущества, включая сверхвысокие скорости, массовую параллельную обработку данных и исключительно низкое энергопотребление. Однако изготовление и условия эксплуатации основных компонентов фотонных вычислений уже давно являются серьезными препятствиями на пути их широкого внедрения. Недавний прорыв команды Университета Саутгемптона напрямую направлен на решение этой критической проблемы.
Исследовательская группа успешно создала пространственно разделенные микро-лазеры внутри оптического микрорезонатора на основе жидких кристаллов и молекул органических красителей. Примечательно, что эти микро-лазеры достигли спонтанной синхронизации, работая как единый излучатель когерентного света с одинаковой частотой и фазой, тем самым формируя макроскопическое коллективное состояние, известное как «суперрежим».
Раньше достижение таких сложных явлений лазерного управления в основном основывалось на специализированных полупроводниковых микрорезонаторах, и их можно было наблюдать только в экстремальных криогенных средах ниже -250 градусов. Высокая стоимость криогенного охлаждения и сложность необходимого оборудования сделали практически невозможным вывести эту технологию за пределы лаборатории. Недавно разработанная платформа не только стабильно работает при стандартной комнатной температуре, но и имеет два ключевых преимущества:
Электрическая перестраиваемость: Просто приложив небольшое напряжение, молекулы жидких кристаллов внутри микрорезонатора можно переориентировать, что позволяет гибко регулировать распространение света и режимы работы лазера.
Оптическая реконфигурируемость: Относительное расположение микро-лазеров в одном устройстве можно динамически перенастраивать в соответствии с конкретными требованиями.
Дмитрий Довженко, ведущий автор статьи и научный сотрудник Научно-исследовательского центра оптоэлектроники при Саутгемптонском университете, отметил, что это исследование демонстрирует, что «коллективное поведение» света не обязательно требует сложных состояний взаимодействия света-материи или криогенной среды. Новая платформа не только проще и практичнее, но и использует проверенные материалы. Это открывает весьма перспективный путь для разработки недорогих, реконфигурируемых и легко масштабируемых практических устройств для будущих приложений фотонных вычислений.
