پژوهشگران توانسته‌اند حافظه‌ی نوری بزرگ‌مقیاسی با استفاده از یک پردازشگر فوتونی پدید آورند.

حافظه‌ی فوتونی: یک تصویر SEM از یک کریستال فوتونی

دو حافظه‌ی نوری "کاملاً تابعی" (functional) بر روی تک تراشه‌هایی توسط پژوهشگران ژاپنی ساخته شده‌اند. این دستگاه‌ها از حفره‌های نوری دوپایا (bistable) برای ذخیره‌سازی بیت‌ها استفاده می‌کنند و اجازه می‌دهند بیت‌های چندگانه به طور همزمان توسط موجبر‌های یکسانی کنترل شوند. آن‌ها امیدوارند تا در آینده چنین حافظه‌هایی بتواند به منظور افزایش سرعت محاسبات مورد استفاده قرار گیرند.

امروزه فیبرهای نوری ماده‌ی مناسبی برای انتقال اطلاعات هستند. در حال حاضر سیگنال‌های نوری باید به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل شوند و سپس یک بار دیگر خروجی آن به سیگنال نوری تبدیل گردد. چنین تبدیل‌هایی زمانبر بوده، انرژی مصرف می‌کنند و بزرگترین مزیت استفاده از انتقال نوری یعنی عدم تداخل فوتون‌ها با یکدیگر را تحت تاثیر قرار می‌دهند. این ویژگی بدان معناست که سیگنال‌های متعددی با بسامدهای متفاوت می‌توانند همزمان در یک فیبر حرکت کنند (فرآیند تسهیم). اما سیگنال‌های فوتونی قبل از آنکه یک پردازشگر الکترونیکی بتواند از آن‌ها استفاده کند، باید از حالت تسهیم خارج شوند. و بنابراین پردازشگرهای نوری مورد دلخواه بسیاری از پژوهشگران هستند.

عنصر کلیدی در هر واحد پردازش، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM) است. رم‌های الکترونیکی جدید معمولاً هر بیت حافظه را به صورت بار روی خازن ذخیره می‌کنند و تاکنون معادل‌های نوری بسیاری برای آن‌ها پیشنهاد شده است. در سال 2012 گروهی از پژوهشگران NTT در ژاپن رم چهاربیتی را طراحی کردند که از کریستال فوتونی ساخته شده بود؛ یک نانوساختار نوری تناوبی متشکل از شبکه‌ای از حفره‌ها که اجازه می‌داد برخی از طول‌موج‌های نوری عبور کرده در حالی که برخی دیگر مسدود می‌شدند. درون کریستال تناوبی، چهار حفره‌ی یکسان با دو ضریب شکست وجود داشت. یک پالس نور در بسامد تشدید حفره تغییر بین این دو را اجازه می‌داد در حالی که نور در یک بسامد متفاوت، حالت حفره را بدون ایجاد اختلال در آن آشکار می‌کرد. پژوهشگران با اختصاص دو حالت به صفر و یک، توانستند حافظه‌ی قابل خواندن و بازنویسیِ مجدد خلق کنند؛ اگرچه هرکدام از حفره‌ها باید با موجبر جداگانه‌ای کنترل می‌شد.

اکنون همان پژوهشگران حفره‌های بسیار کوچکتر و غیر یکسانی ساخته‌اند که اجازه می‌دهد فرآیند تسهیم بکار گرفته شود. آن‌ها دو نوع متفاوت از رم‌های نوری را ساخته‌اند، یکی از جنس سیلیکون و دیگری از جنس ایندیم. در هر رم حفره‌های چندگانه به طور طولی قرار گرفتند با موجبری که از همه‌ی آن‌ها عبور می‌کند. پژوهشگران از شبیه‌سازی رایانه‌ای استفاده کردند تا دریابند دقیقاً چگونه حفره‌ی مشخصی در کریستال فوتونی را حرکت دهند تا هر حفره بسامد تشدیدی با تفاوتی اندک را دارا باشد و بنابراین با فرستادن پالس خاصی به موجبر قادر باشند تنها از حفره‌های مشخصی پاسخ دریافت کنند.

مشکل رم سیلیکونی آن بود که حالت حفره‌ها برای کمتر از 10 نانوثانیه پایدار می‌ماند؛ کمتر از آنی که برای یک حافظه‌ی نوری ارزشمند محسوب شود و مقدار طول عمر این بیت‌ها در رم ایندیمی نامحدود بود. اما از آنجایی که سولفید ایندیوم درمقایسه با سیلیکون کمتر صنعتی است، آن‌ها توانستند تنها یک حافظه‌ی 28 بیتی تولید کنند. با این حال بر این باورند که این کار، طرح بهتری برای پژوهش‌های آینده به وجود خواهد آورد. این پژوهش در Nature Photonics منتشر شده است.

منبع: 105-bit optical memory built on a chip