В некоторых двумерных материалах электроны могут существовать в двух энергетически равных, но пространственно разделенных состояниях — «долинах» в зоне Бриллюэна. Переход между долинами можно кодировать как 0 и 1, что аналогично битам, но с дополнительными квантовыми преимуществами. Информация считывается через круговую поляризацию испускаемого света. Долинная степень свободы устойчива к внешним возмущениям, что обещает более надtжные и энергоэффективные вычисления, чем традиционная электроника.
Ключевые компоненты: ультратонкий слой дисульфида молибдена (MoS₂) или аналогичного переходного металла-дихалькогенида и метаповерхность — искусственная наноструктура, состоящая из крошечных антенн, меняющих фазу и амплитуду света. Простой метод послойного наложения позволяет интегрировать эти элементы без сложного роста кристаллов, прямо на фотонных структурах. Схема генерирует световые сигналы с определенной поляризацией, направляет их по нужному пути и затем преобразует обратно в электрический ток — все на одном чипе.
Многие квантовые технологии требуют криогенного охлаждения, что делает их громоздкими и дорогими. Устройство специалистов из Университета Монаша работает при комнатной температуре, что критически важно для практического применения. Стабильность долинных состояний при 300 К была достигнута благодаря качественным двумерным материалам и эффективной защите от рассеяния на фононах.
Для проверки работоспособности исследователи закодировали два разных изображения в один световой луч, используя два различных долинных состояния. Система успешно разделила и декодировала оба изображения на выходе, сообщает Phys. Это показывает, что чип способен параллельно обрабатывать несколько потоков информации.
Дальнейшие шаги ученых: увеличение эффективности генерации поляризованного света, масштабирование на большие площади, интеграция с электроникой. В перспективе это может привести к появлению энергоэффективных чипов для ИИ и новым типам оптических коммуникаций, где информация кодируется не только в интенсивности и частоте, но и в долинной степени свободы.
Международная команда ученых преодолела серьезное препятствие к производству более быстрых и эффективных фотонных микросхем. Они создали нечто вроде брони для защиты ван-дер-ваальсовых материалов, хрупких, но обладающих исключительными оптическими и электронными свойствами. В результате отражательная эффективность чипа выросла сразу на три порядка.
