Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một nền tảng mới cho điện toán toàn quang, nghĩa là các tính toán được thực hiện chỉ với các chùm ánh sáng.
Tương lai của tính toán là tươi sáng – theo nghĩa đen.
Các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard (A.AS) của Harvard phối hợp với các nhà nghiên cứu tại Đại học McMaster và Đại học Pittsburgh đã phát triển một nền tảng mới cho điện toán toàn quang, nghĩa là các tính toán được thực hiện chỉ bằng các chùm ánh sáng.
“Hầu hết các tính toán hiện nay sử dụng các vật liệu cứng như dây kim loại, chất bán dẫn và photodiod để ghép điện tử với ánh sáng”, Amos Meek, một sinh viên tốt nghiệp tại SEAS và là đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết. “Ý tưởng đằng sau điện toán toàn quang là loại bỏ những thành phần cứng nhắc đó và điều khiển ánh sáng bằng ánh sáng. Hãy tưởng tượng, ví dụ, một robot hoàn toàn mềm, không có mạch được điều khiển bởi ánh sáng từ mặt trời.”
Những nền tảng này dựa trên cái gọi là vật liệu phi tuyến tính thay đổi chỉ số khúc xạ của chúng để đáp ứng với cường độ ánh sáng. Khi ánh sáng chiếu qua các vật liệu này, chỉ số khúc xạ trong đường đi của chùm tia tăng lên, tạo ra ống dẫn sóng tự tạo ánh sáng. Hiện nay, hầu hết các vật liệu phi tuyến tính đều yêu cầu laser công suất cao hoặc bị thay đổi vĩnh viễn bởi sự truyền ánh sáng.
Tại đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại vật liệu mới về cơ bản sử dụng sưng có thể đảo ngược và co lại trong hydrogel dưới công suất laser thấp để thay đổi chỉ số khúc xạ.
Hydrogel bao gồm một mạng polymer bị sưng với nước, giống như một miếng bọt biển và một số lượng nhỏ các phân tử phản ứng ánh sáng được gọi là spiropyran (tương tự như phân tử được sử dụng cho các thấu kính chuyển tiếp). Khi ánh sáng chiếu qua gel, khu vực dưới ánh sáng co lại một lượng nhỏ, cô đặc polymer và thay đổi chỉ số khúc xạ. Khi đèn tắt, gel trở lại trạng thái ban đầu.
Khi nhiều chùm tia chiếu qua vật liệu, chúng tương tác và ảnh hưởng lẫn nhau, thậm chí ở khoảng cách lớn. Beam A có thể ức chế Beam B, Beam B có thể ức chế Beam A, cả hai có thể triệt tiêu lẫn nhau hoặc cả hai có thể đi qua – tạo ra một cổng logic quang.
Kalaichelvi Saravanamuttu, phó giáo sư hóa học và hóa học sinh học tại McMaster và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Mặc dù chúng bị tách ra nhưng các chùm tia vẫn nhìn thấy nhau và thay đổi. “Về lâu dài, chúng ta có thể tưởng tượng, thiết kế các hoạt động điện toán bằng cách sử dụng khả năng đáp ứng thông minh này.”
“Chúng ta không chỉ có thể thiết kế các vật liệu phát quang có thể đảo ngược các tính chất quang học, hóa học và vật lý của chúng khi có ánh sáng, mà chúng ta còn có thể sử dụng những thay đổi đó để tạo ra các kênh ánh sáng, hoặc chùm tia tự bẫy, có thể dẫn hướng và điều khiển ánh sáng,” đồng tác giả Derek Morim, một sinh viên tốt nghiệp trong phòng thí nghiệm của Saravanamuttu cho biết.
“Khoa học vật liệu đang thay đổi,” Joanna Aizenberg, Giáo sư Khoa học Vật liệu Amy Smith Berylson tại SEAS và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết. “Các vật liệu tự điều chỉnh, thích nghi có khả năng tối ưu hóa các đặc tính của chính chúng để đáp ứng với môi trường thay thế các chất tương tự tĩnh, không hiệu quả về năng lượng, được điều chỉnh từ bên ngoài của chúng tôi.
Nghiên cứu này đã được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia . Nó được đồng tác giả bởi Ankita Shastri, Andy Tran, Anna V. Shneidman, Victor V. Yashin, Fariha Mahmood, Anna C. Balazs. Nó được hỗ trợ một phần bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ theo Giải thưởng W911NF-17-1-0351 và bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Kỹ thuật Tự nhiên, Quỹ Sáng tạo Canada.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson . Bản gốc được viết bởi Leah Burrows. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :