Uluslararası bir bilim insanı ekibi, Seul Ulusal Üniversitesi ve Seul Üniversitesi'nden, ışığı isteğe bağlı olarak yavaşlatabilen devrim niteliğinde programlanabilir bir fotonik çip sundu. Bu geliştirme, optik hesaplamalarda dönüm noktası niteliğinde bir değişimin yolunu açıyor: Geleneksel elektrik sinyalleri yerine, çok daha hızlı olan ancak enerji tüketimi de çok az daha fazla olan ışık dalgaları kullanılabilir.
Araştırmayı Seul Ulusal Üniversitesi (Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü) profesörleri Namkyoo Park ve Sungkyu Yu ile Seul Üniversitesi'nden Profesör Xianji Piao yönetti. Doktora öğrencisi Seungyoon Park (Seul Ulusal Üniversitesi ve KAIST PICORE İnovasyon Merkezi) ve lisansüstü öğrenci Bumjun Chae (Seul Ulusal Üniversitesi) gibi iki genç bilim insanı, araştırmanın teorik temelini oluşturarak önemli bir rol oynadı. Çalışmaları, Advanced Science dergisinde "Spinör Gösterimi Tabanlı Tam Programlanabilir Yavaş Işık ve Genelleştirilmiş Bağlantılı Rezonatörler Aracılığıyla İndüklenmiş Şeffaflık" başlığıyla yayımlandı.
Optik sistemlerin sorunu uzun zamandır biliniyor: Işık, tanımı gereği çok hızlı hareket eder ve basit kontrol edilemez. Optik hesaplama sistemlerinde sinyal senkronizasyonu, veri arabellekleme ve bellek oluşturma için kontrollü zaman gecikmeleri gereklidir. Geleneksel Bağlantılı Rezonatörler Aracılığıyla İndüklenmiş Şeffaflık (CRIT) etkisine dayalı cihazlar, özelliklerini üretim aşamasında sabitlerdi; sonradan yeniden yapılandırmak mümkün değildi.
Bilim insanları tamamen yeni bir yaklaşım önerdi. Statik bir yapı yerine, rezonatörlerin iki optik durumunu - parlak ve karanlık modları - tek bir serbestlik derecesinde birleştirdiler ve kontrol edilebilir döngü bağlama elemanları eklediler. Ana yenilik: Spinör gösteriminin (kuantum mekaniğinden bir matematiksel açıklama) kullanılması, ayarlama için tam bir serbestlik derecesi seti elde etmelerini sağladı. Sonuç: Çip, üretildikten sonra ve hatta çalışırken dinamik olarak yeniden yapılandırılabilir.
Programlanabilir çip, sadece ışığın yayılma hızını değil, aynı zamanda bant genişliğini, optik sinyal şeklini, iletim verimliliğini ve frekans özelliklerini de kontrol eder. Silikon nitrür (standart silikon fotonik malzemesi) platformunda yapılan sayısal modelleme, cihazın optik kayıplar, parametrelerdeki teknolojik sapmalar ve termal etkiler gibi gerçek parazitlere karşı yüksek direncini gösterdi.
Teknoloji ticarileştirilirse, bu tür bir mikroçip, sinyal gecikmelerini ayarlamaktan frekans dönüşümüne kadar birden fazla işlevi aynı anda yerine getirerek programlanabilir bir optik sistem olarak hareket edebilir. Bu, veri merkezlerinin ve yapay zeka sunucularının enerji tüketimini, ki bunlar şimdiden muazzam güç gerektiriyor, önemli ölçüde azaltabilir ve optik ekipmanı daha kompakt ve daha ucuz hale getirebilir.
Profesör Namkyoo Park, spinör gösterimi kullanılarak tasarlanan yeni prensibin fotonik entegre devrelerin esnekliğini önemli ölçüde artırdığını ve gerektiğinde ışık akışının yeniden yapılandırılmasına izin verdiğini vurguladı. Yazarlar, potansiyelini yeni yeni açığa çıkaran bir alan olan silikon fotonik ve fotonik yapay zeka teknolojileriyle hibritleri temel alan büyük ölçekli sistemler yönünde teknolojiyi geliştirmeyi planlıyorlar.
Araştırmanın ortak yazarları doktora öğrencisi Seungyoon Park ve lisansüstü öğrenci Bumjun Chae, optik rezonatörlerin fiziğini yeni bir bakış açısıyla yeniden düşünmenin daha önce düşünülmemiş işlevlere kapı araladığını ekledi. Çalışma, Güney Kore Bilim ve Teknoloji Bakanlığı tarafından yenilikçi araştırma merkezleri, temel araştırma laboratuvarları ve genç araştırmacılar programları aracılığıyla desteklendi.
