Moskovalaisen Skoltechin ja IBM:n johtama kansainvälinen tutkimusryhmä on luonut erittäin energiatehokkaan optisen kytkimen, joka voi korvata elektroniset transistorit uuden sukupolven tietokoneissa. Transistorit voivat mahdollistaa 100-1000 kertaa nykykoneita nopeampien tietokoneiden kehittämisen.
Optisen transistorin virrankulutus on tietysti olematon. Lisäksi niistä valmistettu kytkin ei vaadi jäähdytystä ja on todella nopea: se kykenee laskemaan biljoona toimintoa sekunnissa. Tekniikkaa koskeva tutkimus ilmestyi Nature-lehdessä viime viikolla.
Koska fotoni on pienin luonnossa oleva valon hiukkanen, se ei käytännössä vaadi sähköä transistorin tilan vaihtamiseen. Useimmat nykyaikaiset sähkötransistorit tarvitsevat kymmeniä kertoja enemmän energiaa vaihtaakseen, ja ne, jotka käyttävät yksittäisiä elektroneja vastaavan tehokkuuden saavuttamiseksi, ovat paljon hitaampia.
Suorituskykyongelmien lisäksi kilpailevat elektroniset transistorit vaativat yleensä myös suuria jäähdytyslaitteita, mikä puolestaan kuluttaa virtaa ja tekijöitä käyttökustannuksiin. Uusi kytkin toimii huoneenlämmössä ja kiertää siksi kaikki nämä ongelmat.
Ensisijaisen transistorimaisen toiminnon lisäksi kytkin voi toimia komponenttina, joka yhdistää laitteet siirtämällä niiden välistä dataa optisten signaalien muodossa. Se voi toimia myös vahvistimena ja tehostaa tulevan lasersäteen voimakkuutta jopa 23000-kertaisesti.
Laite käyttää kahta laseria asettaakseen tilansa "0" tai "1" ja vaihtaakseen niiden välillä. Hyvin heikkoa ohjauslasersädettä käytetään toisen, kirkkaamman lasersäteen kytkemiseen päälle tai pois. Ohjaussäde vaatii vain muutaman fotonin, mikä selittää laitteen korkean hyötysuhteen.
Kytkentä tapahtuu mikro-ontelon sisällä. Se on 35 nanometrin paksuinen orgaaninen puolijohtava polymeeri, joka on sijoitettu erittäin heijastavien epäorgaanisten rakenteiden väliin. Ontelo on rakennettu siten, että saapuva valo jää loukkuun sisälle mahdollisimman pitkään, mikä edistää sen kytkeytymistä ontelon materiaaliin.
Tämä valoliitäntä muodostaa uuden laitteen perustan. Kun fotonit kytkeytyvät voimakkaasti ontelon materiaalissa oleviin sidottuihin elektronireikäpareihin-eli eksitoneihin-, syntyy lyhytaikaisia kokonaisuuksia, joita kutsutaan eksitonipolaritoneiksi. Nämä ovat eräänlaisia kvartsipartikkeleita, joihin kytkimen toiminta perustuu.
Laitteen kahden tason välillä vaihtamiseksi tiimi käytti ohjauslaserpulssia. Sen avulla energia muunnetaan pumppulaserissa lisäämällä kvaasipartikkeleiden määrää säteessä. Suuri määrä hiukkasia vastaa laitteen "1" -tilaa.
