Международен екип от учени е направил решителна крачка към по-бърз и по-енергийно ефективен изкуствен интелект и обработка на данни като цяло, като е създал луминисцентни нанокристали, които могат бързо да се превключват между включено и изключено състояние. Това открива възможността за изчисления буквално със скоростта на светлината, като се изоставят електроните и се премине към използването на фотони в чиповете.

„Изключителните възможности за превключване и памет на тези нанокристали биха могли един ден да се превърнат в неразделна част от оптичните изчисления – начин за бърза обработка и съхранение на информация с помощта на светлинни частици, които се движат най-бързо във Вселената.“

казва Артьом Скрипка, доцент в Колежа по естествени науки в Държавния университет на Орегон

В изследването се разглежда потенциалът на наночастиците с лавинообразни характеристики. Такива материали проявяват изключително нелинейни свойства, особено свойства, свързани с излъчването на светлина.

Малкото увеличение на мощността на възбуждащото лъчение е в състояние значително да увеличи интензитета на собствената им луминесценция. Това може да се използва за пестене на енергия за работа на електрическите вериги – достатъчно е наночастиците да се приведат в състояние, близко до лавинообразно възбуждане и след това да се работи само с малки порции енергия към източника на възбуждане.

Изследователите изучават нанокристали, съставени от калий, хлор и олово и легирани с неодим. Сами по себе си нанокристалите KPb2Cl5 не взаимодействат със светлината. Когато обаче се комбинира с неодим, материалът започва ефективно да обработва светлинни сигнали, което го прави полезен за оптоелектрониката, лазерните технологии и други оптични решения.

„Обикновено флуоресцентните материали излъчват светлина, когато са изложени на лазер и остават тъмни, когато не са. За разлика от тях с изненада открихме, че нашите нанокристали водят паралелен живот. При определени условия те проявяват особено поведение: могат да бъдат едновременно светли и тъмни при точно една и съща дължина на лазерната вълна и мощност.“

добави Скрипка

Това поведение се нарича вътрешна оптична бистабилност. Присъщата оптична бистабилност на нанокристалите е стъпка към фотонни интегрални схеми, които могат да надминат сегашните електронни и оптоелектронни системи и да имат по-голяма ефективност.

„Ако кристалите първоначално са тъмни се нуждаем от по-висока мощност на лазера, за да ги включим и да наблюдаваме излъчването, но след като започнат да излъчват, можем да наблюдаваме излъчването им при по-ниска мощност на лазера, отколкото е била необходима за първоначалното им включване.Това е като при карането на велосипед – трябва да завъртите здраво педалите, за да го задвижите, но след като веднъж е в движение се нуждаете от по-малко усилия, за да се движите, а светлините им могат да се включват и изключват наистина рязко, като натискане на бутон.“

заяви Скрипка

Преминаването към оптични сигнали обещава значително да намали консумацията на фотонните компютърни платформи, където и да се използват те. Това е и път към нови приложения в медицината, сензорите и много други области, но изследователският етап все още не е завършен. Ще е необходима още много работа, за да се стигне до търговски продукти.

Научният труд е публикуван днес в списание Nature Photonics.