Il primo dispositivo integrato su nanoscala che può essere programmato con fotoni o elettroni è stato sviluppato dagli scienziati del gruppo di ricerca Advanced Nanoscale Engineering di Harish Bhaskaran presso l'Università di Oxford.

In collaborazione con ricercatori delle università di Münster ed Exeter, gli scienziati hanno creato un dispositivo elettro-ottico unico nel suo genere che collega i campi dell'informatica ottica ed elettronica. Ciò fornisce una soluzione elegante per ottenere memorie e processori più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico.

L'informatica alla velocità della luce è stata una prospettiva allettante ma sfuggente, ma con questo sviluppo è ora in tangibile vicinanza. L'uso della luce per codificare e trasferire informazioni consente a questi processi di verificarsi al limite di velocità finale, quello della luce. Mentre di recente, l'uso della luce per determinati processi è stato dimostrato sperimentalmente, è mancato un dispositivo compatto per interfacciarsi con l'architettura elettronica dei computer tradizionali. L'incompatibilità del calcolo elettrico e basato sulla luce deriva fondamentalmente dai diversi volumi di interazione in cui operano elettroni e fotoni. I chip elettrici devono essere piccoli per funzionare in modo efficiente, considerando che i chip ottici devono essere grandi, poiché la lunghezza d'onda della luce è maggiore di quella degli elettroni.

Per superare questo difficile problema gli scienziati hanno trovato una soluzione per confinare la luce in dimensioni nanoscopiche, come dettagliato nel loro articolo Dispositivi a cambiamento di fase potenziati con nanogap plasmonico con doppia funzionalità elettrico-ottica pubblicata in Progressi scientifici , 29 novembre 2019. Hanno creato un design che ha permesso loro di comprimere la luce in un volume di dimensioni nanometriche attraverso quello che è noto come polaritone plasmonico di superficie. La drastica riduzione delle dimensioni in combinazione con la densità di energia significativamente aumentata è ciò che ha permesso loro di colmare l'apparente incompatibilità di fotoni ed elettroni per l'archiviazione e il calcolo dei dati. Più specificamente, è stato dimostrato che inviando segnali elettrici o ottici, lo stato di un materiale foto ed elettrosensibile è stato trasformato tra due diversi stati di ordine molecolare. Ulteriore, lo stato di questo materiale a trasformazione di fase è stato letto dalla luce o dall'elettronica, rendendo così il dispositivo la prima cella di memoria su nanoscala elettro-ottica con caratteristiche non volatili.

"Questo è un percorso molto promettente in avanti nel calcolo e specialmente nei campi in cui è necessaria un'elevata efficienza di elaborazione, " afferma Nikolaos Farmakidis, studente laureato e co-primo autore.

Il coautore Nathan Youngblood continua:"Ciò include naturalmente applicazioni di intelligenza artificiale dove in molte occasioni le esigenze di prestazioni elevate, l'elaborazione a basso consumo supera di gran lunga le nostre capacità attuali. Si ritiene che l'interfacciamento del calcolo fotonico basato sulla luce con la sua controparte elettrica sia la chiave per il prossimo capitolo delle tecnologie CMOS".