Инженеры создали фотонный чип способный проецировать тысячи управляемых лазерных лучей
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и организаций-партнеров совершили прорыв в области фотоники, разработав инновационный чип, способный проецировать тысячи управляемых лазерных лучей непосредственно в открытое пространство. Эта разработка решает давнюю проблему, стоявшую перед инженерами: эффективную передачу света за пределы чипа, а не его удержание внутри микроскопической оптической проводки.
Фотонные чипы, использующие свет вместо электричества для обработки информации, обеспечивают более высокую скорость передачи данных и пропускную способность, однако до сих пор большая часть света оставалась запертой в крошечных волноводах на самом чипе. Новая платформа позволяет быстро и контролируемо проецировать свет наружу, что открывает путь к созданию дисплеев более высокого разрешения, компактных лидарных систем, ускорению технологий 3D-печати и созданию более мощных квантовых компьютеров.
Результаты работы, выполненной учеными из MIT, MITRE, Сандийских национальных лабораторий и Университета Аризоны, опубликованы в журнале Nature. Ключевым элементом новой платформы стали микроскопические структуры, которые загибаются вверх от поверхности чипа, напоминая миниатюрные трамплины для прыжков на лыжах. Именно эти структуры и запускают лучи света в свободное пространство.
Каждый фотонный чип содержит тысячи таких эмиттеров, к которым свет направляется по волноводам, а модуляторы управляют включением и выключением каждого луча. Для создания изогнутых структур исследователи использовали два материала (нитрид кремния и нитрид алюминия), которые при охлаждении после изготовления расширяются с разной скоростью. Возникающая разница в напряжении заставляет структуры естественным образом закручиваться вверх.
Как объясняет Генри Вэнь, приглашенный научный сотрудник Лаборатории электроники MIT и соавтор исследования, интерфейс между миром, где свет путешествует по проводам внутри чипа, и внешним миром, где он распространяется свободно, всегда был серьезным вызовом. Новая же платформа позволяет создавать тысячи индивидуально управляемых лазерных лучей, которые могут взаимодействовать с внешним миром за один прием.
Проект возник в рамках программы Quantum Moonshot, направленной на создание платформы для квантовых вычислений на основе алмазных кубитов, которые требуют исключительно точного управления лазерными лучами. Учитывая, что будущие квантовые компьютеры могут содержать миллионы кубитов, управление пучками света становится ключевой инженерной задачей, которую успешно решает новая технология. В ходе экспериментов исследователи также продемонстрировали возможности системы, спроецировав детализированные полноцветные изображения размером около половины крупинки поваренной соли.
По словам Вэня, система настолько стабильна, что не требует коррекции ошибок, а рисунок остается идеально неподвижным. Помимо квантовых вычислений, новая технология может найти применение в легких очках дополненной реальности, компактных лидарных сенсорах и более быстрых системах лазерной 3D-печати.