Ученые Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург вместе с Лазерным институтом Академии наук Шаньдун в Китае впервые напрямую сравнили быстродействие крохотных микродисковых лазеров при двух способах питания — оптическом и электрическом — и определили их предельную скорость. Такие лазеры нужны для фотонных чипов, которые в разы быстрее электронных и особенно востребованы для искусственного интеллекта и дата-центров. Работа опубликована в журнале Journal of Lightwave Technology.
Развитие ИИ обостряет нехватку вычислительных мощностей, и один из путей — компактные фотонные интегральные схемы, где сигнал передается светом, а не электрическим током: они быстрее и устойчивее к помехам.
Как рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории Алексей Надточий, ученые разработали методику, позволившую детализировать сверхбыстрые процессы в лазере с точностью до 0,2 пикосекунды — то есть двух десятитриллионных долей секунды. С помощью преобразования Фурье они перевели сигналы в частотную область и сравнили оба режима накачки на одной шкале. Раньше это было невозможно, потому что для каждого типа питания применяли разные методы измерений.
Максимальная скорость микролазера достигла 4,15 гигагерца, и до этой работы определить верхнюю границу для такого устройства было нельзя. Оказалось, что разницы в быстродействии между оптической и электрической накачкой практически нет. По словам ученого, полученные данные ускорят разработку фотонных чипов нового поколения. В перспективе из таких микролазеров можно собрать сеть оптически связанных элементов, работающую по принципу нейросети прямо на одном чипе.
Микролазеры размером с бактерию — одно из ключевых направлений интегральной фотоники: чем меньше и быстрее источник света, тем компактнее и производительнее будущий чип. Оптические связи внутри процессоров почти не греются и меньше подвержены помехам, поэтому на них возлагают надежды при создании техники для все более «прожорливых» ИИ-систем и дата-центров.
Ранее ученые создали микрозавод для уничтожения токсинов и изучения доисторического мира.