Vedci vytvorili prelomový „dúhový laser“ na jednom čipe. Objav nám môže priniesť rýchlejší internet aj AI
Výskumníci dospeli k objavu náhodou, no okamžite rozpoznali jeho obrovský potenciál. Nový čip by sme mohli umiestniť prakticky kamkoľvek.
Niektoré objavy vzniknú náhodou, a presne tak sa začal aj tento.
Tím profesorky Michal Lipson z Kolumbijskej univerzity dosiahol zásadný prelom v oblasti fotoniky. Vedcom sa podarilo umiestniť tzv. frekvenčný hrebeň, teda extrémne presný optický nástroj používaný na meranie, komunikáciu či navigáciu. Podarilo sa im to priamo na kremíkový čip. Tým sa z laboratórneho zariadenia, ktoré si vyžadovalo zložité optické systémy, stáva kompaktný a cenovo dostupný komponent vhodný pre komerčné použitie.
Lipsonovej tím pôsobí v kategórii kremíkovej fotoniky, oblasti, ktorá využíva kremík namiesto drahých materiálov ako základ pre manipuláciu so svetlom. Dôvod, prečo je kremík taký kľúčový, je jeho kompatibilita s priemyslom. Rovnaké výrobné procesy (CMOS technológia), ktoré sa používajú pri výrobe počítačových čipov, možno použiť aj na výrobu týchto optických obvodov.
„Dátové centrá vytvorili obrovský dopyt po výkonných a efektívnych zdrojoch svetla, ktoré obsahujú mnohé vlnové dĺžky. Technológia, ktorú sme vyvinuli, vezme veľmi výkonný laser a premení ho na desiatky čistých, vysokovýkonných kanálov na čipe. To znamená, že môžeš nahradiť regály jednotlivých laserov jedným kompaktným zariadením, čím sa znížia náklady, ušetrí miesto a otvoria dvere k oveľa rýchlejším, energeticky účinnejším systémom,“ hovoria autori štúdie.
To znamená, že Lipsonovej riešenie možno masovo vyrábať v existujúcich továrňach bez nutnosti špeciálnej infraštruktúry. Výsledkom je dramatické zníženie nákladov, vďaka čomu sa laserový systém mení z drahého laboratórneho nástroja na komerčne životaschopný produkt.
Frekvenčné hrebene, od laboratória k čipu
Frekvenčné hrebene sú optické spektrá pozostávajúce z tisícok extrémne stabilných frekvencií svetla, ktoré fungujú ako „pravítko“ pre meranie času, vzdialenosti či frekvencie. Ich miniaturizácia na čipovej úrovni bola dlho považovaná za jeden z najväčších technických problémov v modernom výskume. Lipsonovej tím to dosiahol vďaka multimódovej laserovej dióde, ktorá dokáže generovať stabilný hrebeň bez potreby objemných optických komponentov. Nový systém tak otvára cestu pre presné časovanie v dátových centrách, kvantovú komunikáciu, aj navigáciu nezávislú od GPS.
Neprehliadni
Miniaturizácia frekvenčných hrebeňov je dnes predmetom intenzívneho globálneho preteku. Zatiaľ čo Lipsonovej tím využíva štandardný kremík, konkurenti experimentujú s nitridom kremíka či špeciálnymi polymérmi, ktoré síce ponúkajú lepšie optické vlastnosti, no sú nákladnejšie a ťažšie sa integrujú do existujúcich výrobných liniek. Lipsonovej prístup preto spája vysoký výkon s nízkou cenou, čo mu dáva strategickú výhodu v oblastiach, kde sa počíta každý dolár, napríklad v dátových centrách alebo kvantových komunikačných sieťach.
„Použili sme niečo, čo sa nazýva uzamykací mechanizmus, na vyčistenie tohto silného, no veľmi šumivého zdroja svetla. Táto metóda sa spolieha na kremíkovú fotoniku, aby pretvorila a vyčistila výstup lasera, čím sa vytvorí omnoho čistejší a stabilnejší lúč, čo je vlastnosť, ktorú vedci nazývajú vysoká koherencia,“ hovorí Gil-Molina, spoluautor štúdie.
Ekonomický a strategický význam
„Ide o to, aby sa svetelná zdroje na laboratórnej úrovni dostali do zariadení pre reálny svet,“ hovorí Gil-Molina. „Ak ich dokážeme urobiť výkonnými, efektívnymi a dostatočne malými, môžeme ich umiestniť takmer kamkoľvek.“
Podobne ako pri zbraniach triedy HELW, aj tu má technológia zásadný ekonomický dopad. Umožňuje drasticky lacnejšiu a efektívnejšiu výrobu zariadení, ktoré doteraz patrili do sveta špičkových laboratórií. Pre priemysel aj obranu ide o strategickú zmenu paradigmy. Keď sa špičková fotonika dostáva do rovnakého výrobného reťazca ako bežné mikročipy, otvára sa cesta k úplne novej generácii optických systémov.
