光で動く新しいチップがAIと量子コンピューティングを加速する可能性

モナシュ大学の科学者たちは、光によって運ばれる情報を生成、誘導、読み取りできる新しい極小回路を単一のチップ上に作成しました。この進歩は「バレートロニクス」として知られる成長分野にとって重要なマイルストーンとなり、より高速なコンピューティング、低エネルギー消費、量子技術における将来のブレークスルーを促進する可能性があります。

モナシュ大学物理天文学部の研究者によって開発されたこの新しいデバイスは、高度なナノテクノロジーと最先端材料を組み合わせ、長年この分野を制限してきた課題を解決しました。研究チームは初めて、特殊な光信号を生成し、それらを特定の経路に沿って誘導し、同じコンパクトシステム内で電気信号に変換できる完全集積チップを構築しました。

これらの信号は、「谷自由度」と呼ばれる量子特性を使用して情報を保存します。科学者たちは、このユニークな特性が情報の符号化、送信、処理にまったく新しい方法を提供する可能性があると考えています。

集積バレートロニクスチップが長年の課題を解決

筆頭著者のChi Li博士は、研究チームの成果がNature Photonicsに掲載されたことについて、バレートロニクス研究における大きな障害に対処するものだと述べました。「これまでは、これらの信号を生成または検出できましたが、すべてを1つの集積デバイスで行うことはできませんでした」とLi博士は言います。「私たちが構築したのは、この情報を非常に高い精度で作成、ルーティング、読み取りできる完全なオンチップシステムです。」

このデバイスは、わずか数原子の厚さしかない超薄型材料に依存しています。これらの材料は、極めて小さなスケールで光を精密に制御するように設計された特別に工学処理されたナノ構造とペアになっています。共同筆頭著者でありモナシュ大学の研究員であるKaijian Xing博士は、チームがこれらのコンポーネントを組み合わせる実用的な方法を開発したと説明しました。「我々は、超薄型材料をメタサーフェスと統合するために直接的な積層アプローチを採用し、フォトニック構造上での直接材料成長の技術的課題を克服し、バレートロニクスのさらなる進歩を可能にしました。」

室温フォトニック技術

この技術の最も重要な利点の1つは、室温で動作することです。多くの量子システムは極寒の環境を必要とし、実際のアプリケーションでの使用がより困難で高価になります。上級著者でARC Future Fellow、モナシュNanoMetaグループのリーダーであるHaoran Ren博士は、この研究がプログラム可能で高効率なコンパクトフォトニックデバイスの新世代への道を開く可能性があると述べました。

Ren博士によると、この技術はより高速なコンピューティングシステムをサポートし、エネルギー消費を削減し、安全な通信や高度なデータ処理のための新しい方法を可能にする可能性があります。「これは、情報を処理するために電気ではなく光を使用するスケーラブルなチップベース技術への重要な一歩です」とRen博士は言います。「フォトニックデバイスは光を使用して、大規模な帯域幅、超高速データ転送速度、低エネルギー消費を実現するため、我々が達成したことは、量子コンピューティング、高度なイメージング、次世代光通信システムへの応用に大きな可能性を秘めています。」

複数の情報ストリームの処理

チップの能力を実証するために、研究者たちは2つの別々の画像を正常に符号化して処理しました。実験では、デバイスが複数の情報ストリームを同時に管理できることが示され、これは将来のコンピューティング技術にとって重要な機能です。モナシュ大学物理天文学部長兼ナノフォトニクス研究室長のStefan A. Maier教授は、この開発が基礎科学の発見と実用技術の間のギャップを埋めるのに役立つと述べました。「これは完全に統合されたバレートロニクスシステムへの重要なステップです」とMaier教授は言います。「光と量子材料をチップ上で組み合わせることで、情報を符号化および処理する新しい方法にアクセスできます。」

この国際プロジェクトは、オーストラリア、中国、シンガポール、ドイツ、日本の研究者を集め、ナノフォトニクス、二次元材料、光電子工学の専門知識を結集しました。