FYI.

This story is over 5 years old.

Tech

Hoe geluidsgolven de laserchips van de nabije toekomst gaan besturen

Technici hebben één van de laatste obstakels voor akoestisch-optische computers opgelost.
​Beeld: ​Jaakonam/Wiki

​Een team technici hebben een nieuw soort geïntegreerd computercircuit gemaakt, die gebaseerd is op de bijzonder vreemde interactie tussen lichtgolven en geluidsgolven. De technologie, ​die beschreven wordt in het huidige nummer van Nature Communications, kan grote gevolgen hebben voor quantumcomputers.

Geluid is veel een veel dommere, langzamere soort golf dan licht. Fotondeeltjes zijn over het algemeen veel te goed om zich te laten beïnvloeden door geluid in enig opzicht, omdat ze de lichtste en snelste dingen zijn van alles wat er bestaat. Ze zitten niet eens in dezelfde orde van fenomenen eigenlijk – geluid is op macro-schaal en bestaat uit periodieke bewegingen binnen een grote groep van verschillende materialen, terwijl licht gewoon licht is. Lichtgolven zijn periodieke bewegingen binnen het licht zelf.

Advertentie

De nieuwe chip, die er is dankzij een team onder leiding van computer engineer Mo Li van de University of Minnesota, genereert en houdt geluids- en lichtgolven samen vast. Doordat ze samen opgesloten worden in de chip kunnen de geluidsgolven het licht controleren; ze worden samengeperst in een super dunne laag, waardoor de akoestische golflengtes zelfs kleiner kunnen worden dan de optische golflengtes.

Om dat in perspectief te zetten moet je de muziektoon C vergelijken, die een frequentie heeft van 260 Hz, met de frequentie van blauw licht, wat rond de 650 THz is of 650.000.000.000.000 Hz.

Binnen deze dunne laag op een chip, kunnen akoestische golven versterkt worden tot meer dan 10 Ghz, wat in de buurt komt van de frequentie van microgolven (van een magnetron). Dat is sick.

Het algemene idee achter akoestisch-optische apparaten ​gaat terug naar de jaren '20 en zoals het paper vermeld, zijn er nu legio toepassingen die gebaseerd zijn op dit idee: modulators, frequentieverschuivers, straaldeflectors en scanners, afstembare filters enz. Deze apparaten hebben wel de neiging vrij groot te zijn in vergelijking met de optische apparaten waarin ze gebruikt worden, en ze zijn ook alleen nog maar in staat geweest om te werken met frequenties in het bereik van megahertz.

Dat is echt te sloom voor de ideale optische wereld, maar akoestisch-optische technologie is daarom nog geen verloren zaak. De sloomheid van akoestische golven is alleen een beperkende factor door de techniek, niet door de fundamentele natuurkunde die erachter zit. En deze beperkingen zijn nu officieel opgeheven.

Advertentie

Geluidsgolven die door een geïntegreerde optische golfgeleider gaan. Beeld: Mo Li et al.

"Door de significante voortgang in nanofabricage kunnen interdigitale akoestische omvormers nu kant en klaar gemaakt worden met een regelafstand kleiner dan een micron om akoestische oppervlaktegolven te maken met ultra hoge frequenties in de tientallen Ghz," schrijft het paper. "Tegelijkertijd zijn er nanofotonische golfgeleiders en holtes met zeer hoge kwaliteit ontwikkeld om het licht op te sluiten in lagere golflengtes met een extreem hoge dichtheid van optische kracht." De technologie om het te maken is er nu dus.

Akoestische golven in een geïntegreerde chip betekenen trouwens iets anders dan de akoestische golven die je normaal kan horen. Ze verplaatsen zich niet door de lucht, maar langs een oppervlakte van een siliconensubstraat, zoals de golven van een aardbeving uitstralen vanaf een epicentrum.

Het basisidee van een optisch geïntegreerd circuit is dat licht, lasers in het zichtbare spectrum, taken overneemt die nu worden gedaan met elektriciteit. Het resultaat zijn kleinere en snellere chips, die de beperkingen van formaat van elektronen kunnen opheffen. Geluidsgolven zijn in staat om op te treden als een soort buigzaam en algemeen medium waarmee je lichtgolven op verschillende manieren kan beïnvloeden: moduleren van de frequentie, afbuiging, verwerken van signalen, etc. In plaats van draden, hebben we dan lichtstralen die gecontroleerd en gefilterd worden door geluidsgolven.

Op dit punt in computerevolutie hebben we weinig opties meer om ze nog sneller en kleiner te maken. De wet van Moore kan wellicht alleen nog maar opgaan met deze technologie.

Een open-access voorpublicatie van Li's paper ​kan je vinden bij arXiv.