De nouveaux matériaux photoniques pourraient permettre un calcul ultra-rapide basé sur la lumière

Le nouveau matériau photonique de l’Université de Floride centrale surmonte les lacunes des conceptions topologiques actuelles, qui offrent moins de fonctionnalités et de contrôle. Le nouveau matériau permet également des longueurs de propagation beaucoup plus longues pour les paquets d’informations en minimisant les pertes de puissance.

Des matériaux photoniques sont développés par des chercheurs pour permettre un calcul puissant et efficace basé sur la lumière

Des chercheurs de l’Université de Floride centrale développent de nouveaux matériaux photoniques qui pourraient un jour être utilisés pour permettre un calcul basé sur la lumière ultra-rapide et à faible consommation d’énergie. Les matériaux uniques appelés isolants topologiques ressemblent à des fils qui ont été retournés, avec l’isolant à l’intérieur et le courant circulant à l’extérieur.

Afin d’éviter le problème de surchauffe que rencontrent les circuits de plus en plus petits d’aujourd’hui, des isolants topologiques pourraient être incorporés dans les conceptions de circuits pour permettre le stockage de plus de puissance de traitement dans une zone donnée sans générer de chaleur.

L’étude la plus récente des chercheurs, publiée le 28 avril dans la revue Matériaux naturels, a présenté un tout nouveau processus de création de matériaux utilisant une structure unique en treillis en nid d’abeille chaîné. Le motif en nid d’abeille lié a été gravé au laser sur un morceau de silice, un matériau souvent utilisé pour créer des circuits photoniques, par les chercheurs.

Les nœuds de conception permettent aux chercheurs de réguler le courant sans plier ni étirer les fils photoniques, ce qui est nécessaire pour diriger le flux de lumière et donc d’informations dans un circuit.

Le nouveau matériau photonique surmonte les inconvénients des conceptions topologiques contemporaines qui offraient moins de fonctionnalités et de contrôle tout en prenant en charge des longueurs de propagation beaucoup plus longues pour les paquets d’informations en minimisant les pertes de puissance.

Les chercheurs prévoient que la nouvelle approche de conception introduite par les isolateurs topologiques bimorphes conduira à s’écarter des techniques de modulation traditionnelles, rapprochant la technologie de l’informatique basée sur la lumière d’un pas de plus vers la réalité.

Les isolants topologiques pourraient aussi un jour conduire à

 » data-gt-translate-attributes= »[{ » attribute= » »>quantum computing as their features could be used to protect and harness fragile quantum information bits, thus allowing processing power hundreds of millions of times faster than todays conventional computers. The researchers confirmed their findings using advanced imaging techniques and numerical simulations.

Bimorphic topological insulators introduce a new paradigm shift in the design of photonic circuitry by enabling secure transport of light packets with minimal losses, says Georgios Pyrialakos, a postdoctoral researcher with UCFs College of Optics and Photonics and the studys lead author.

The next steps for the research include the incorporation of nonlinear materials into the lattice that could enable the active control of topological regions, thus creating custom pathways for light packets, says Demetrios Christodoulides, a professor in UCFs College of Optics and Photonics and study co-author.

The research was funded by the Defense Advanced Research Projects Agency; the Office of Naval Research Multidisciplinary University Initiative; the Air Force Office of Scientific Research Multidisciplinary University Initiative; the U.S. National Science Foundation; The Simons Foundations Mathematics and Physical Sciences division; the W. M. Keck Foundation; the USIsrael Binational Science Foundation; U.S. Air Force Research Laboratory; the Deutsche Forschungsgemein-schaft; and the Alfried Krupp von Bohlen and Halbach Foundation.

Study authors also included Julius Beck, Matthias Heinrich, and Lukas J. Maczewsky with the University of Rostock; Mercedeh Khajavikhan with the University of Southern California; and Alexander Szameit with the University of Rostock.

Christodoulides received his doctorate in optics and photonics from Johns Hopkins University and joined UCF in 2002. Pyrialakos received his doctorate in optics and photonics from Aristotle University of Thessaloniki Greece and joined UCF in 2020.

Reference: Bimorphic Floquet topological insulators by Georgios G. Pyrialakos, Julius Beck, Matthias Heinrich, Lukas J. Maczewsky, Nikolaos V. Kantartzis, Mercedeh Khajavikhan, Alexander Szameit, and Demetrios N. Christodoulides, 28 April 2022, Nature Materials.
DOI: 10.1038/s41563-022-01238-w