Флешки и жесткие диски останутся в прошлом: ученые научились хранить данные с помощью света

Зачем компьютеру память на основе света

Современные оптические технологии уже позволяют передавать огромные объемы информации на высокой скорости. Однако внутри компьютеров возникает серьезное ограничение: световой сигнал при обработке данных зачастую приходится преобразовывать в электрический, а затем обратно.

Каждое такое преобразование требует времени и дополнительной энергии. Поэтому исследователи ищут возможность создавать вычислительные системы, в которых свет сможет использоваться не только для передачи информации, но и непосредственно для ее хранения.

Один из возможных вариантов предложили специалисты Российского квантового центра, Московского физико-технического института и Санкт-Петербургского государственного университета.

Как заставили систему «запоминать» свет

В основе предложенного механизма лежит поляритонный конденсат Бозе — Эйнштейна. Речь идет об особом физическом состоянии, при котором свет и частицы материи формируют коллективную систему.

Компьютерное моделирование показало, что такая система может сохранять поляризацию света — характеристику, связанную с направлением колебаний его электромагнитного поля.

Фактически определенное состояние системы становится носителем информации.

Принцип действия исследователи сравнивают с переключателем. Короткий импульс света переводит систему в заданное состояние. Сам импульс затем исчезает, однако созданное им состояние продолжает существовать.

Именно эта способность сохранять результат воздействия света и позволяет рассматривать предложенный механизм в качестве основы для будущей оптической памяти.

Для запуска может хватить крайне слабого сигнала

Еще одной особенностью системы оказалась ее чувствительность.

Согласно расчетам, необходимый эффект способен возникать даже при чрезвычайно слабом возбуждении — на уровне мощности, соответствующей одному фотону.

При этом ученые отдельно обращают внимание: речь не идет о копировании или «клонировании» отдельного фотона. Система сохраняет состояние поляризации, которое было задано поступившим световым сигналом.

Память оказалась значительно «долговечнее» самих частиц

Одним из наиболее важных результатов моделирования стало время, в течение которого система способна удерживать полученное состояние.

Поляризация, заданная световым импульсом, сохранялась в течение сотен пикосекунд. Это примерно в 100 раз превышает время существования отдельного поляритона.

Более того, расчеты показали, что при увеличении мощности первоначального светового сигнала устойчивость такого состояния возрастает.

Для будущих фотонных вычислений эта особенность принципиально важна: система должна не просто реагировать на поступивший сигнал, а удерживать записанную информацию достаточно долго для дальнейшей обработки.

Что это может изменить в компьютерах будущего

Если предложенный принцип удастся реализовать на практике, он может стать основой для создания элементов оптической памяти.

В таком случае часть информации внутри вычислительной системы можно будет хранить непосредственно в световой форме, сократив необходимость постоянно преобразовывать оптические сигналы в электрические и обратно.

Потенциально это позволит уменьшить задержки при обработке данных и снизить энергозатраты. Особенно востребованным такой подход может оказаться при дальнейшем развитии фотонных вычислительных систем, где значительная часть операций выполняется с использованием света.

До реальных компьютеров еще далеко

Несмотря на перспективность разработки, говорить о появлении готовой световой памяти в обычных компьютерах пока рано.

На данном этапе исследователи продемонстрировали работу механизма с помощью компьютерного моделирования. Следующим принципиальным этапом должно стать экспериментальное подтверждение расчетов.

Только после этого можно будет оценивать возможности создания практических устройств и их дальнейшего применения в вычислительной технике.

Таким образом, речь пока идет не о готовой замене привычной оперативной памяти или накопителей, а о физическом принципе, который в перспективе может стать одним из элементов компьютеров нового поколения.