Революция в микроэлектронике набирает обороты: инженеры вплотную приблизились к созданию фотонных чипов небывалой плотности компоновки. Секрет прорыва — в симбиозе передовых материалов и искусственного интеллекта, который спроектировал компоненты, размеры которых в 500 раз меньше традиционных аналогов. Такие миниатюрные элементы освобождают на кристалле пространство для дополнительных функций, открывая путь к более мощным и универсальным устройствам.
В отличие от привычных электронных чипов, где информацию переносят электроны, фотонные аналоги используют частицы света — фотоны. Это дает им серьезные преимущества: скорость передачи данных приближается к скорости света, пропускная способность выше за счет использования разных длин волн, а потери энергии в виде тепла — существенно ниже. Поэтому фотонные чипы востребованы в волоконно‑оптической связи, дата‑центрах, лидарах для автономных автомобилей и квантовых вычислениях.
Ключевую роль в новом достижении сыграл метод обратного проектирования: ученые задали алгоритму целевые параметры работы компонентов и технологические ограничения, а ИИ шаг за шагом подбирал оптимальную геометрию наноструктур. Именно так появились сверхкомпактные зеркала, сплиттеры и сортировщики пространственных мод.
Метод обратного проектирования позволяет нам задать, что именно мы хотим, чтобы делал свет, а оптимизация находит структуру, которая это обеспечивает — зачастую такую, которую человек вряд ли бы придумал.
Эта цитата точно отражает суть подхода: вместо того чтобы отталкиваться от привычных форм, инженеры формулируют желаемый результат, а алгоритм находит для него неожиданное, но эффективное решение.
Для изготовления компонентов выбрали относительно толстый слой нитрида кремния (400−800 нм): он лучше удерживает свет и снижает потери. Так, зеркала длиной около 11 мкм отражают до 98,5% света, а сплиттер размером примерно с бактерию (около 5 мкм) успешно разделяет световые потоки.
Пока ученые продемонстрировали работу элементов по отдельности. Следующий этап — объединить их в единую интегрированную оптическую схему. Если это удастся, мир получит фотонные чипы с невиданной ранее плотностью компонентов и расширенным функционалом. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ловушки для атомов помогут уменьшить квантовые процессоры.