Un reinventato, una sorgente laser a basso costo che immagazzina energia luminosa all'interno di dischi su scala nanometrica potrebbe sostenere lo sviluppo di neurocomputer ad alimentazione ottica, rivela uno studio di simulazione condotto dai ricercatori KAUST.

Dispositivi fotonici che utilizzano impulsi laser controllati per manipolare interruttori dati, gli impianti biomedici e le celle solari sono ricercati perché sono fulminei rispetto all'elettronica tradizionale; però, gli attuali prototipi non sono stati commercializzati a causa della difficoltà di realizzare laser sufficientemente piccoli da adattarsi ai circuiti dei computer, pur mantenendo anche le capacità di modellare gli impulsi.

"La sfida di ridurre una sorgente ottica su scala nanometrica è che inizia a emettere energia con forza in tutte le direzioni, " ha spiegato Andrea Fratalocchi, un Professore Associato di Ingegneria Elettrica. "Questo rende quasi impossibile il controllo."

Una partnership con il gruppo di Yuri Kivshar presso l'Australian National University ha rivelato percorsi per superare i limiti di diffrazione ottica con laser ad anapolo non convenzionali. Essendo realizzati con semiconduttori modellati in nanodischi di dimensioni precise, le anapole rispondono alla stimolazione della luce producendo onde elettromagnetiche che si irradiano o ruotano in distribuzioni toroidali a forma di ciambella.

A specifiche frequenze di eccitazione, l'interferenza tra i due campi produce uno stato, l'anapolo, che non emette energia in nessuna direzione e intrappola la luce all'interno del nanodisco.

"Puoi pensare a questo laser come a un serbatoio di energia:una volta che il laser è acceso, immagazzina la luce e non la lascia andare finché non la vuoi raccogliere, " disse Fratalocchi.

Per sbloccare il potenziale di questa nuova fonte di luce, il team KAUST ha simulato varie architetture ingegneristiche utilizzando algoritmi basati sui quanti.

Questi calcoli, insieme a una migliore integrazione del microchip e miglioramenti mille volte nell'accoppiamento ai router ottici, prevedere che i nanolaser anapole possono generare impulsi di luce ultraveloci che sono particolarmente adatti per studiare i modelli naturali di segnalazione e le connessioni neurali.

Fratalocchi osserva che i nanolaser sembrerebbero invisibili a un osservatore finché non vengono perturbati da un oggetto vicino. Di conseguenza, organizzare le sorgenti luminose cilindriche in un ciclo potrebbe essere utilizzato per produrre una reazione a catena di emissioni luminose, sintonizzabile fino a tempi di impulso di femtosecondi.

"È davvero come un popolo di lucciole, dove gli individui sincronizzano le loro emissioni in bellissimi schemi, " ha spiegato "Quando posizioniamo i nanolaser vicini tra loro, possiamo ottenere un controllo simile sugli impulsi."

I modelli del team suggeriscono che l'integrazione di diversi loop di nanolaser anapolo può produrre oscillazioni, modelli dinamici utili per riprodurre attività simili al cervello, come l'apprendimento automatico e il recupero della memoria a basso costo perché la piattaforma ha bisogno solo di wafer di silicio poco costosi per funzionare.