A BlueFlame, a világ első kereskedelmben kapható fotonikus chipje az izraeli XLoomtól. Gyorsulási verseny © XLoom

Az Ultraszélessávú Eszközök és Optikai Rendszerek Központja – amely öt egyetem kutatási konzorciumaként működik az ötödik kontinensen – egy olyan fonton-chip kifejlesztésén dolgozik, amely képes az optikai jelek feldolgozni, s nem lassítja le a jelenleg használatos szilíciumalapú környezet – írja a Sidney Morning Herald.

Az optikai jelek feldolgozása sohasem látott sávszélességet tesz lehetővé. Egy optikai szál kapacitása ugyanis több terabites jelátvitelt tesz lehetővé másodpercenként. Ezen a sebességen egy nagyfelbontású mozifilm letöltése egy másodperc töredéke alatt megtörténik. Ez jelenleg órákat is igénybe vehet.

Ha adatokat akarunk küldeni az interneten keresztül, akkor az utazás időnként elkerülhetetlenül lelassul. Amíg az üvegszál-kábeleken halad az információ, addig nincs baj a sebességgel, de amint az információfolyamot átirányítják, újragenerálják, felerősítik vagy bármilyen módon feldolgozzák, az szilícium-alapú elektronikát kíván, s ez lelassítja az adatok előrejutását.

A kutatóközpont szakértői szerint ezeket az útszűkületet lehetne az ezerszeresükre tágítani, ami praktikusan az internet sebességének ezerszeresére gyorsulását eredményezné. Ehhez optikai alapú számítástechnikát kellene használni, ahol fényről fényre kellene kapcsolni az elektronikus interferencia mellőzésével.

Ben Eggleton kutatási igazgató szerint a központ négy alappillért fejleszt ehhez. Egy „regenerátort”, amely elektronika nélkül reprodukálja az optikai jelet, egy kapcsolót (switch), amely fényjelet használ egy másik fényjel irányításához, optikai puffer tárat a fény pulzálásának lelassításához, hogy könnyeben kezelhető legyen, s végül egy háromdimenziós fontonikus áramkört.

Így működik a fény-chip

Belépnek az optikai jelek (fényimpulzusok)  a chipbe az emberi hajnál is vékonyabb üvegszálakon keresztül. Itt összesűrítik őket az optikai áramkörök igényeinek megfelelően. Egy fény által vezérelt kapcsoló, azonnal különböző optikai adatcsomagokat hoz létre. A beépített elemek módosítják a fényt, például megváltoztatják a színét kékről pirosra, felerősítik, vagy késleltetik a jeleket. A prizmaszerű részegységek néhány színnek megtiltják a továbbhaladást, míg másokat az útjuk folytatására küldenek.

A központ munkájában résztvevő két intézmény, a Sidney Egyetem és az Ausztrál Nemzeti Egyetem egy hónapja bemutatott egy optikai switchet. (A programban még részt vesz a Macquarie Egyetem, a Sidney Műszaki Egyetem és a Swinburne Műszaki Egyetem.) Bár a világ számos pontján dolgoznak a probléma megoldásán, Eggleton szerint nekik egy egészen eredeti megközelítésük van.

Egy úgynevezett puha üveggel, a chalcogeniddel dolgoznak, amely megváltoztatja a fénytörését, ha nagyintenzitású fényimpulzus éri. Ez az alapja a kapcsolójuknak, ami már nagyon kis energiamennyiségeknél működőképes, s nagyon praktikus megoldásokat tesz lehetővé. A chalcogenid ráadásul nyomtatható, azaz könnyen lehet belőle áramkört készíteni.

A tudósok kialakítottak egy úgynevezett „sáv rés” struktúrát, ami tulajdonképpen apró lyukak mintázata, amelyekkel képesek kontrollálni a továbbhaladó fénysugarakat. Eggleton szerint egy a sáv rés lehet a fényalapú megfelelője az elektronika alapelemének, a félvezetőnek. „A sáv rés megengedi a fénynek, hogy egy meghatározott irányba haladjon tovább.

Ami viszont lehetővé teszi számunkra, hogy áramköri sablonokat alakítsunk ki. Így már van egy nagyon kompakt, kicsiny energiával működő optikai kapcsolónk, ami beépíthető egy optikai áramkörbe, s ami litográfiai, azaz nyomtatási módszerekkel előállítható” – mondta a professzor. Az optikai kapcsolók megvalósítására kidolgozott más megoldások többnyire szilícium alapúak, de az üveg használata sokkal nagyobb sebességet tesz lehetővé. Emiatt ezeknek az optikai áramköröknek az elterjedése drámaian megnövelné az adatáramlás sebességét az egész világon.

„Az a célunk, hogy több és több jelet dolgozzanak fel optikailag , hiszen a fénysugár sokkal gyorsabb, mint az elektronfolyam. Ráaádásul a félvezetőknek van egy belső sebességi korlátjuk. Emiatt a fotonikai megoldásokat a telekommunikációban és számítástechnikában egyaránt felhasználhatják” – jelentette ki Eggleton.