Ученые из Калифорнийского университета (США) создали магнитооптический модулятор. Он способен увеличить скорость передачи данных между обычными компьютерами и сверхпроводящими процессорами, работа которых возможна лишь при сверхнизких температурах. Модулятор сможет защитить их от перегрева и поможет их интеграции в сеть. Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics.
На сегодняшний день сверхпроводящие вычислительные системы способны работать только при невероятно низких температурах, так как во время работы их процессоры сильно нагреваются. Для защиты от перегрева ученые помещают их в среду с температурой, которая практически равна абсолютному нулю (-273,15 °C). Эти системы называют криогенными компьютерами, и они вынуждены взаимодействовать с обычными вычислительными системами, работающими при комнатной температуре.
Их соединение создает ряд проблем для инженеров. В настоящее время криогенные системы используют стандартные металлические провода для подключения к электронике комнатной температуры. Эти провода нагревают холодные цепи и могут передавать только небольшое количество данных за один раз. Решить проблему можно при помощи волоконной оптики, используемой в телекоммуникациях. Это тонкие стеклянные кабели. Они передают информацию в виде импульсов света гораздо быстрее, чем металлические провода переносят электрические заряды. В результате волоконно-оптические кабели могут передавать в 1000 раз больше данных, чем обычные провода. А стекло — хороший изолятор. Это означает, что оно будет передавать гораздо меньше тепла криогенным компонентам, чем металлическая проволока. Однако использование волоконной оптики требует дополнительного шага: преобразования данных из электрических сигналов в оптические с помощью модулятора. Этот обычный в стандартных условиях процесс становится сложнее при криогенных температурах.
Паоло Пинтус и его коллеги из Университета Калифорнии (США) попытались решить проблему и создали устройство, получившее название «магнитооптический модулятор». Это устройство преобразует электрический ток в импульсы света. Электрический ток создает магнитное поле, которое изменяет оптические свойства синтетического граната (синтетический кристаллический материал, применяемый в оптических системах и датчиках тока и магнитного поля). Ученые называют это «магнитооптическим эффектом». Магнитное поле изменяет показатель преломления граната, его «плотность» по отношению к свету. Управляя этим свойством, специалисты могут настраивать амплитуду света, который циркулирует в микро-кольцевом резонаторе и взаимодействует с гранатом. Это создает яркие и темные импульсы света, которые передают информацию по волоконно-оптическому кабелю, словно азбука Морзе в телеграфном проводе.
Это первый высокоскоростной модулятор, использующий «магнитооптический эффект». Команда также попыталась сделать устройство максимально практичным. Оно работает на длинах волн 1550 нанометров, то есть на той же длине волны света, которая используется в интернет-телекоммуникациях. Модулятор ученые изготовили с использованием стандартных методов, что упрощает его производство. Пропускная способность устройства составляет около 2 гигабит в секунду. Это немного, по сравнению с каналами передачи данных при комнатной температуре, однако является впечатляющим результатом при работе с криогенными компьютерами.
В планы исследователей входит увеличение эффективности модулятора. Они считают, что этого можно достичь, если заменить гранат на более качественный материал. Пока есть не так много информации о том, что можно использовать вместо граната, так что ученые собираются заняться изучением магнитооптических свойств различных соединений. Например, уже понятно, что материалы на основе европия демонстрируют магнитооптический эффект в 300 раз больший, чем гранат. «Многообещающие результаты, продемонстрированные в этой работе, могут проложить путь к новому классу энергоэффективных криогенных устройств. Это приведет к созданию высокоэффективных (неизученных) магнитооптических материалов, которые могут работать при низких температурах», – считает Паоло Пинтус.
Автор: Полина Ячменникова
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
