Nuvarande datorsystem representerar bitar av information, 1:an och 0:orna i binär kod, med el. Kretselement, såsom transistorer, arbeta med dessa elektriska signaler, producera utgångar som är beroende av deras ingångar.

Så snabbt och kraftfullt som datorer har blivit, Ritesh Agarwal, professor vid Institutionen för materialvetenskap och teknik vid University of Pennsylvania School of Engineering and Applied Science, vet att de kan vara mer kraftfulla. Fältet fotonisk databehandling syftar till att uppnå detta mål genom att använda ljus som medium.

Agarwals forskning om fotonisk databehandling har fokuserats på att hitta rätt kombination och fysisk konfiguration av material som kan förstärka och blanda ljusvågor på ett sätt som är analogt med elektroniska datorkomponenter.

I ett papper publicerat i Naturkommunikation , han och hans kollegor har tagit ett viktigt steg:att exakt styra blandningen av optiska signaler via skräddarsydda elektriska fält, och få utgångar med en nästan perfekt kontrast och extremt stora på/av -förhållanden. Dessa egenskaper är nyckeln till skapandet av en fungerande optisk transistor.

"För närvarande, att beräkna '5+7, 'vi måste skicka en elektrisk signal för' 5 'och en elektrisk signal för' 7, 'och transistorn blandar för att producera en elektrisk signal för '12, "" Sa Agarwal. "Ett av hindren för att göra detta med ljus är att material som kan blanda optiska signaler också tenderar att ha mycket starka bakgrundssignaler. Den bakgrundssignalen skulle drastiskt minska kontrast- och av/på -förhållanden som leder till fel i utmatningen. "

Med bakgrundssignaler som tvättar ut den avsedda utmatningen, nödvändigtvis beräkningskvaliteter för optiska transistorer, till exempel deras på/av -förhållande, moduleringsstyrka och signalblandningskontrast har alla varit extremt dåliga. Elektriska transistorer har höga krav på dessa egenskaper för att förhindra fel.

Sökandet efter material som kan tjäna i optiska transistorer kompliceras av ytterligare egenskapskrav. Endast "olinjära" material klarar denna typ av optisk signalblandning.

För att lösa detta problem, Agarwals forskargrupp började med att hitta ett system som inte har någon bakgrundssignal att starta:ett "nanoskala" bälte "av kadmiumsulfid. Sedan, genom att applicera ett elektriskt fält över nanobältet, Agarwal och hans kollegor kunde introducera optiska olineariteter till systemet som möjliggör en signalblandningsutgång som annars var noll.

"Vårt system går från noll till extremt stora värden, och har därför perfekt kontrast, liksom stor modulering och av/på -förhållanden, "Sa Agarwal." Därför, för första gången, Vi har en optisk enhet med utgång som verkligen liknar en elektronisk transistor. "

Med en av nyckelkomponenterna i fokus, nästa steg mot en fotonisk dator kommer att innebära att integrera dem med optiska sammankopplingar, modulatorer, och detektorer för att visa faktisk beräkning.