Modern elektronikler ne kadar hızlı hale geldiyse de, hesaplamaların elektrik yerine ışıkla yapılabilmesi, potansiyel olarak çok daha hızlı sistemlerin önünü açabilir. Fiber optik kablolar bilgiyi ışık hızında taşıyor, ancak hesaplamaların optik olarak yapılabilmesi için yeniden yapılandırılabilir, çok işlevli optik bileşenlerin geliştirilmesi gerekiyor.
ABD'deki Utah Üniversitesi’ne bağlı John ve Marcia Price Mühendislik Koleji’nden araştırmacılar, optik hesaplamaya yönelik bu önemli ihtiyaca yanıt olabilecek yeni bir cihaz geliştirdi. Bu cihaz, ışığa farklı derecelerde dairesel polarizasyon kazandırabiliyor ve bu sayede bilgi, ışığın kiral (el yönlü) özelliklerinde depolanabiliyor. Geliştirilen sistem, optik hesaplama teknolojilerinde devrim yaratabilecek potansiyele sahip.
GERÇEK ZAMANLI KONTROL
Araştırma, Utah Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nde görevli Yardımcı Doçent Weilu Gao ve doktora öğrencisi Jichao Fan liderliğinde yürütüldü ve Nature Communications dergisinde yayımlandı. Çalışmaya Gao laboratuvarından Ruiyang Chen, Minhan Lou, Haoyu Xie, Benjamin Hillam, Jacques Doumani ve Yingheng Tang ile birlikte, özel sektörden JA Woollam Şirketi’nden Nina Hong da katkı verdi.
Araştırmacılar, geleneksel kiral optik bileşenlerin sabit yapılarından farklı olarak, elektriksel olarak kontrol edilebilen bir sistem geliştirdi. Bu sayede cihaz, gerçek zamanlı olarak yeniden yapılandırılabiliyor ve değişen ihtiyaçlara yanıt verebiliyor.
HETEROSTRÜKTÜR TASARIMI
Yeni cihazın temelinde, hizalanmış karbon nanotüplerin oluşturduğu ve faz değişim malzemesiyle (PCM) entegre edilmiş bir hetero yapı bulunuyor. Bu yapı, birden fazla ince film katmanından oluşan bir yığın şeklinde tasarlandı. Yığındaki GST adlı faz değişim malzemesi, elektrik darbesiyle amorf yapıdan kristal yapıya geçebiliyor.
Bu dönüşüm sürecinde karbon nanotüpler iki işlev birden görüyor: Hem kiral optik eleman olarak görev yapıyorlar, hem de faz değişimini başlatacak elektriksel darbe için şeffaf elektrot işlevi görüyorlar. Böylece ayrı bir kontrol sistemi ihtiyacı ortadan kaldırılıyor.
AYARLANABİLİR OPTİK BELLEK
Bu dönüşüm, cihazın dairesel dikroizmini değiştirerek sol ve sağ dairesel polarize ışık türlerinin farklı seviyelerde absorbe edilmesini sağlıyor. Böylece cihaz, içinden geçen ışığın el yönlülüğünü kontrol edebiliyor. Bu özellik, cihazın bir optik hafıza birimi gibi çalışmasını mümkün kılıyor.
Araştırma ekibi, katmanları istiflemede yapay zeka destekli tasarım araçlarından da yararlandı. Bu sayede her katmanın optik özelliklerini koruyarak yüksek hassasiyetli bir montaj sağlandı. Tüm yapı, yonga ölçeğinde üretilebilecek biçimde geliştirildi.
PARALEL BİLGİ KANALLARI
Araştırmacılara göre, cihazın dairesel dikroizmini bağımsız bir bilgi kanalı olarak kullanmak mümkün. Bu sayede genlik veya dalga boyu gibi diğer optik özellikleri etkilemeden, bilgi ışığın “el yönlülüğü” içinde depolanabiliyor. Bu yaklaşım, ışığın elektriksel sistemlere kıyasla yalnızca hız avantajını değil, aynı zamanda bilgi saklama kapasitesini de artırıyor.
Çalışmanın sonuçları, optik devrelerde ışık temelli veri depolamanın kapısını aralayarak gelecekte ışıkla çalışan işlemcilerin temel yapı taşlarından biri olabileceğini ortaya koyuyor.
