Что может дать изучение поведения света в микромире? Казалось бы, свет – он и есть свет. Но это не так. На уровне элементарных частиц действуют совсем другие законы физики, не те, к которым мы привыкли. Там применяются законы релятивистской физики и теории относительности. Например, нанофотоника изучает силовые поля около нанообъектов и их влияние на свет. Да – да, простой атом может отклонить фотон света в сторону просто своими силовыми полями. Вообще там много чего странного и интересного, в этом мире молекул и атомов…
Между тем в мире не одно десятилетие витает идея использования света вместо проводов. Да, на этом фоне появилось оптоволокно, но ведь хочется еще чего – то экзотического, вроде квантового компьютера, в котором вместо проводов информация передается пучками света. Дескать, такой компьютер будет работать быстрее обычного. Так вот – это уже реальность, а не фантастика.
Компания IBM – лидер в компьютерной технике, уже давно активно ведет работы по применению света вместо проводов. Еще в 2006 году была создана линия задержки света. Это микроскопическое устройство, которое позволит доставлять фотоны света по назначению в строго определенный момент. В 2008 году был создан микроскопический оптический коммутатор. А в 2010 году – сверхбыстрый лавинный фотодиод, с помощью которого можно организовывать световые соединения. Все готово – осталось только применить.
В современной электронике для передачи сигнала, например, в микросхеме, используются проводники тока. С помощью нанофотоники эти проводники можно заменить на световые импульсы. Технологически это уже возможно сделать, и даже не придется особо менять технологию производства микросхем. Просто в их устройстве кое что изменится.
Какие выгоды это даст? Проводники, по которым идет ток довольно приличной силы, да еще расположенные в такой тесноте, как например, в микросхеме процессора, создают друг другу сильные помехи. От этого могут случаться потери тока, а значит – сбои в работе. Разработчикам микросхем приходится идти на ухищрения, чтобы снизить эти помехи. Кроме того, какой бы короткий проводник не был, он имеет сопротивление, а значит – нагревается. Известно, что процессоры очень сильно греются и потребляют много энергии.
Свет вместо проводов не имеет этих недостатков. Световые лучи могут пересекаться и нисколько не мешают друг другу. Они не выделяют тепла и нет потерь на сопротивление. А это означает компактность и экономичность такого процессора.
По прогнозам, использование технологий нанофотоники позволит создавать очень экономичные и мощные процессоры. Кроме того, медленную проводниковую связь между ядрами можно сделать быстрой оптической. В результате в одной микросхеме будет возможно вместить не пару ядер, а сотни и тысячи – как в современном суперкомпьютере. Притом каждое из них будет работать в сотню раз быстрее обычного. И потреблять электричества такой процессор будет не больше обычного современного, а может – и меньше.
Возможно создание компьютера, превосходящего по вычислительной мощности самый мощный из современных суперкомпьютеров в 100 раз. При этом он будет размером не в несколько комнат, а с обычный, домашний компьютер. И скоро такой будет в каждом доме, буквально через десяток лет. А что сделают с обычными устройствами – даже страшно подумать. Стоит только представить «смартфон» с процессором в сотню ядер и с оптической памятью на десяток терабайт, способный работать гораздо быстрее современного мощного компьютера… Это будет уже интеллектуальное устройство с тысячами функций…
Вопрос, заменит ли нанофотоника электронику, неверен в корне. Они не могут заменять друг друга, а могут только дополнять и сосуществовать. Электроника была и до нанофотоники, но нанофотоника без электроники быть не может. Это две части одного целого. Освоив обе, человечество получит много небывалых и полезных устройств…
