Перехід на оптичні транзистори, які використовують для перемикання світло і навіть одиночні фотони, обіцяє тисячоразово підвищити швидкість роботи процесорів без підвищення енерговитрат. Сьогодні вчені шукають оптимальні умови для роботи таких транзисторів. Досить далеко цим шляхом пройшли вчені зі Сколтеха і IBM, які запропонували фізику і технологію перемикань станів оптичних комутаторів.
Самі по собі фотони зневажливо слабо взаємодіють один з одним і з матерією. Щоб фотони могли перемикати статки транзистора необхідно створити їм таке середовище, в якому взаємодія з фотонами мала б сильний характер. Дослідники зі Сколтеха і IBM роками йшли до цієї мети і досягли значущих результатів. Проміжні результати виглядали скромно, але сьогодні вони допомогли сформувати уявлення про те, як може виглядати оптичний транзистор майбутнього.
Нова структура оптичного транзистора будується навколо полімерного оптичного резонатора, затиснутого з двох сторін неорганічним матеріалом з високими світловідбиваючими властивостями. Структура управляється двома лазерними променями - контрольним і накачування. Контрольний промінь може оперувати малим числом фотонів аж до одного, що створює основу для граничної енергоефективності (що може бути економічніше одного фотона?). Завдання контрольного променя - підготувати в резонаторі умови перед запуском променя накачування, який, в свою чергу, переведе транзистор в стан 0 або 1.
Більш сильний промінь накачування збуджує в резонаторі так звані ексітон-поляритони - гібридні стани світла і речовини з дуже малим часом життя. Це квазічастинки, що утворюються при взаємодії фотонів та інших квазічастиць - ексітонів. Ексітони ж представлені електронним збудженням в середовищі, зокрема, звичайними пов'язаними парами електрона і дірки. Складові квазічастинки з фотонів та екситонів називаються ексітон-поляритонами. Запуск у структуру резонатора контрольного променя забезпечує більшу або меншу кількість ексітон-поляритонів. Якщо цих складових квазічастинок більше, транзистор переводиться в стан 1, якщо менше - в 0.
Трохи детальніше про процес можна прочитати в офіційному прес-релізі. Статтю про роботу опубліковано в журналі Nature. У віддаленій перспективі робота може призвести до появи оптичних процесорів з транзисторами зі швидкістю перемикання від 100 до 1000 разів більшою, ніж сьогодні. При цьому рівень тепловиділення буде зведений до незначних величин, що зовсім не вимагатиме систем охолодження при роботі в умовах кімнатних температур.
