Свет ловит информацию внутри кристалла: хранение данных на основе фотоники
Исследователям из Дармштадтского технического университета (Германия) удалось на целую минуту остановить свет внутри кристалла и записать туда оцифрованную информацию, сообщает Gizmag. Современные технологии хранят и обрабатывают данные на накопительных устройствах и процессорах, основанных на полупроводниках. Но, чем больше данных передается в оптическом режиме (по волоконно-оптическим кабелям, например), тем более привлекательной кажется идея тотального перехода на оптические компоненты.
Взаимодействие и управление фотонами наладить гораздо сложнее, чем электронами – но, если преодолеть эту преграду, переход от электроники к фотонике принесет массу преимуществ. Электронные компоненты рассеивают изрядное количество энергии в виде тепла - в фотонике же энергопотери минимальны. Оптические средства хранения и обработки информации устойчивы к воздействию радиации, имеют более широкий диапазон частот и позволяют манипулировать индивидуальными фотонами.
«Хотя классические методы хранения данных уже дают высокий уровень чтения/записи данных, оптические технологии обещают дать еще большую скорость. Если вся система работает в оптическом режиме, не нужно преобразовать оптические импульсы в электронные сигналы, и наоборот», - рассказывает Георг Хайнце (Georg Heinze), член исследовательской группы.
Для хранения данных в фотонном устройстве ученые применили так называемую электромагнитно индуцированную прозрачность (electromagnetically induced transparency, EIT).
EIT включает удар «контрольным лучем» лазера по кристаллу, содержащему ионы празеодимия. Лазер запускает в кристалле квантовую реакцию, что приводит к двум эффектам. Во-первых, обычно мутный кристалл в узком спектре становится прозрачным. Во-вторых, радикально меняется показатель преломления кристалла, из-за чего падающий на него световой импульс полностью останавливается.
В этот момент ученые выстреливают вторым лучом лазера (где содержится информация, которую требуется записать). Ровно тогда, когда этот луч пересекает временно прозрачный кристалл, контрольный луч отключается - и свет (вместе с информацией) «пойман» в уже непрозрачном кристалле. Фотоны конвертируются в спиновое возбуждение атома («спиновые волны»), которые могут хранится в кристалле до следующего запуска контрольного луча, когда спиновые волны преобразуются назад в свет – и тот наконец «вылетает» из кристалла.
Эта техника уже использовалась в ряде экспериментов, но тогда данные удавалось сохранить лишь на несколько миллионных долей секунды. Спиновая волна – очень хрупкое явление, она чувствительна к флуктуациям энергии, которые могут исказить кодируемую волной информацию.
Дармштадтские исследователи придумали, как продлить «срок хранения» информации. Они разработали алгоритм, который чувствует «шум» и подвергает кристалл воздействию магнитных полей и высокочастотных импульсов для удержания спиновой волны в ее первоначальном состоянии, так, что информация остается в неприкосновенности почти целую минуту.
«Целью данного эксперимента была проверка правильности наших идей. Мы сделали упор на увеличении срока хранения, а не на скорости передачи данных», - говорит Хайнце. Ученые собираются продлить срок хранения данных (до недели) более энергоёмким способом, при большей скорости передачи.
Однако Хайнце предупреждает: до готовности этой технологии к использованию в коммерческих масштабах пройдет еще несколько лет. И лишь через пару десятилетий фотоника станет обычной технологией в устройствах массового спроса.
Данные исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Артём Космарский nauka21vek.ru