Фізики з Penn навчили фотонні AI-чипи «думати» без електрики

Кремнієві транзистори вже плачуть гарячими сльозами від апетитів сучасного штучного інтелекту, тому розробники так сильно хочуть перейти на оптичні обчислення. Фотони ідеально підходять для миттєвого перемноження матриць, адже вони літають на швидкості світла, не гріються і не заважають один одному. Але ця ж суперсила є їхнім прокляттям: частинки світла не взаємодіють між собою, через що вони банально неспроможні виконувати нелінійні операції, тобто приймати рішення в стилі "якщо сигнал більший за ліміт — пропускаємо".

Через це розробникам доводилося постійно конвертувати світло назад в електрику, ганяти його через класичні транзистори для ухвалення рішень і знову перетворювати на лазерні імпульси. Ця безглузда біганина туди-сюди зжирала весь виграш у швидкості, перетворюючи квантову магію на звичайний дорогий перехідник.

Команда фізиків з Пенсильванського університету під керівництвом Бо Чженя вирішила цю проблему, схрестивши фотон з екситоном. Отримана гібридна істота отримала назву екситон-поляритон. Вона зберегла шалену швидкість світла, але при цьому набула здатності штовхатися з іншими частинками, що й дозволило перемикати оптичний сигнал напряму.

Для цього експериментатори запхали атомарно тонкий шар селеніду молібдену в мікроскопічний резонатор з нітриду кремнію. Ця пастка стискає світло до об'єму всього 0,05 кубічного мікрометра — це як забити вагон метро в годину пік, де фотонам просто доводиться тертися об матерію. Таке екстремальне стиснення викликало потужний нелінійний відгук, дозволивши перемикати сигнал із витратами всього в 4 фемтоджоулі.

Символічно, що рівно 80 років тому цей самий університет створив легендарний комп'ютер ENIAC, який і розпочав еру обчислень на електронах. Тепер ті ж самі стіни пропонують відправити електрони на пенсію. Якщо технологію масштабують, кремнієві гіганти на кшталт Nvidia можуть різко опинитися в ролі виробників застарілих обігрівачів.

Джерело: Penn Today