Kalifornian Berkeleyn yliopiston insinöörit ovat rakentaneet uuden fotonikytkimen, joka voi ohjata optisten kuitujen läpi kulkevaa valon suuntaa nopeammin ja tehokkaammin kuin koskaan. Tämä optinen liikenteen ohjauspiiri voisi jonain päivänä mullistaa informaation kulkua datakeskusten ja korkean suorituskyvyn supertietokoneiden kautta.
Fotoninen kytkin on rakennettu yli 50 000 mikroskooppisesta valokytkimestä, joista kukin ohjaa yhtä 240 valonsäteestä joko kääntymään oikealle, kun kytkin on päällä tai kulkemaan suoraan, kun kytkin on pois päältä. Ryhmän 240 x 240 matriisi syövytetään piikiekkoon ja se kattaa vain hieman postimerkkiä suuremman alueen.
- Ensimmäistä kertaa piikytkimellä lähestymme suuria kytkimiä, joita voidaan rakentaa pelkästään vakio-optiikkaa käyttäen, toteaa Ming Wu, sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen professori Berkeleystä.
- Kytkimet eivät ole vain laajoja vaan ovat 10 000 kertaa nopeampia, joten voimme vaihtokytkeä dataverkkoja mielenkiintoisilla tavoilla, jollaisia monet eivät ole tulleet ajatelleeksikaan.
Tällä hetkellä ainoat fotonikytkimet, jotka voivat hallita satoja valonsäteitä kerralla, on rakennettu peileistä tai linsseistä, jotka täytyy kääntää fyysisesti valon suunnan vaihtamiseksi. Kukin kierros kestää noin kymmenesosan sekunnista, mikä on ikuisuus verrattuna sähköisiin tiedonsiirtonopeuksiin.
Uusi fotonikytkin rakennetaan käyttäen pieniä integroituja piirakenteita, jotka voivat kytkeytyä päälle ja pois mikrosekunnin murto-osassa. Näin niiden nopeus lähestyy nopeassa tiedonsiirtoverkossa tarvittavia nopeuksia.
Nykyiset fotonikytkimet eivät kykene sovittamaan kovin montaa yhteyttä ja ne kärsivät myös signaalihäviöstä. Uudessa fotonikytkimessä valonsäteet kulkevat nanometrien ohuiden kanavien ristikkäisryhmän läpi, kunnes ne saavuttavat yksittäiset valokytkimet. Vaihtokytkimillä valoa voidaan ohjata suoraan kulkevien tai valon kulkua kääntävien kanavien läpi.
Tutkijoiden valmistama 240 tulon ja 240 annon rakenne on suurin koskaan raportoitu piipohjainen kytkin. Tutkijat pyrkivät parantamaan valmistustekniikkaansa tuottamaan vielä suurempia kytkimiä.
- Suurempia erilliskomponenteista rakentuvia kytkimiä on kaupallisesti saatavilla, mutta ne ovat hyvin hitaita. Ne ovat käyttökelpoisia vain verkossa, jossa ei tarvita usein tapahtuvia vaihtoja”, selvittää tilannetta Ming Wu.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 7.5.2019
