Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại laser bán dẫn có thể chuyển hóa hai loại trạng thái năng lượng ổn định, có khả năng truyền dữ liệu nhanh gấp 100 lần so với các thiết bị điện tử thông thường.
Đặc điểm của mẫu bán dẫn là lưỡng ổn định quang-khả năng chuyển đổi thay thế giữa hai đầu ra quang học và tín hiệu điện, dẫn đến sự phát triển của hệ thống máy tính chạy bằng ánh sáng. Các dữ liệu được trao đổi trong các chất bán dẫn bởi chất photon thay vì electron.
Theo trang Science Alert, kỹ sư vi điện tử Milton Feng của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign nói rằng: “Dựng một bóng bán dẫn lưỡng ổn định quang gắn vào một con chip máy tính sẽ làm tăng tốc độ xử lý bởi vì các thiết bị này có thể kết nối mà không cần có sự can thiệp khi electron bị giới hạn và chỉ còn lại chất bán dẫn.”
Trong các thiết bị điện tử thông thường, mạch được tạo từ hàng tỷ thiết bị chuyển mạch nhỏ gọi là bóng bán dẫn, hoạt động như một cổng truyền dòng electron qua một mạch tích hợp.
Mô hình này đã làm việc khá hiệu quả cho các thiết bị điện tử trong nhiều thập kỷ cho đến tận ngày nay nhưng vấn đề đặt ra là bộ vi xử lý máy tính hiện đại đã trở nên nhanh và mạnh hơn. Đồng thời, số lượng bóng bán dẫn tăng lên đáng kể.
Hiện tượng này được gọi là Định luật Moore-một dự đoán nổi tiếng của nhà đồng sáng lập Intel Gordon Moore rằng số bóng bán dẫn trên một mạch tích hợp sẽ tăng gấp đôi sau hai năm một.
Định luật Moore được dự đoán vào những năm 1960 và một loạt các vấn đề kỹ thuật hiện nay đang đe dọa sự phát triển của nó. Nó ngăn chặn các máy xử lý nhận nhanh hơn nếu chúng ta không thể nghĩ ra phương pháp dựng mới.
Cũng có một câu hỏi khác được đặt ra rằng hiệu quả năng lượng của bóng bán dẫn điện tử sẽ như thế nào nếu định luật Moore tiếp tục phát triển trong tương lai.
Vì ánh sáng có thể di chuyển nhanh hơn rất nhiều so với electron trong một mạch tích hợp nên việc di chuyển đến bộ vi xử lý dựa trên máy xử lý chạy bằng photon cho các thiết bị điện tử đơn thuần mang lại rất nhiều ý nghĩa. Đó chính là lý do tại sao các nhà khoa học khẩn trương nghiên cứu cách phát triển máy tính chạy bằng ánh sáng.
Cuối cùng, Feng và đồng nghiệp nghiên cứu Nick Holonyak Jr đã phát triển khái niệm bóng bán dẫn vào năm 2004-một thiết bị bán dẫn kết hợp cả đầu ra điện và quang học.
Năm 2016, Feng giải thích rằng: “Cách nhanh nhất để chuyển đổi chất bán dẫn là để cho các electron nhảy giữa các dải vật chất trong quá trình đường hầm. Các photon ánh sáng đưa các electron đi qua và giúp thiết bị hoạt động nhanh hơn.”
Các nhà nghiên cứu cho biết trong một nghiên cứu mới nhất, nhóm nghiên cứu đã mô tả cách bóng bán dẫn laser có thể chuyển đổi giữa hai tín hiệu. Đây là một phát hiện quan trọng đối với điện toán quang học. Các nhà nghiên cứu cho biết dù có sự hấp dẫn của các photon nhưng các electron vẫn cần phải được chứa trong các con chip.
Feng nói: “Bạn không thể loại bỏ điện tử học hoàn toàn vì bạn cần phải có dòng điện rồi mới chuyển đổi nó thành ánh sáng. Đó là vấn đề về khái niệm máy tính quang học vì chưa có có hệ thống quang học toàn diện.”
Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã mô tả chi tiết cách họ chuyển đổi lưỡng ổn ở -50 độ C (-58 độ F). Họ cũng khẳng định rằng thiết bị có thể làm việc ở nhiệt độ phòng. Điều này rất quan trọng nếu chúng ta sử dụng các bóng bán dẫn trong các thiết bị thực tế. Chi tiết về những gì họ đã làm sẽ được trong một bài báo sắp tới.
Ứng dụng công nghệ này trên smartphone vẫn chưa được hoàn thiện. Nhưng chắc chắn rằng các vi mạch bao gồm hàng tỷ tia laser nhỏ thì việc máy tính hóa sẽ trở nên khả thi hơn rất nhiều.
Feng nói: “Đây là thiết bị riêng biệt cung cấp lưỡng ổn định quang với cả hai chức năng điện và quang học chỉ với một công tắc. Điều này hoàn toàn mới mẻ và chúng tôi đang nỗ lực tìm ra nhiều ứng dụng mới cho thiết bị.”
