Стремительное развитие искусственного интеллекта обостряет проблему доступности вычислительных мощностей во всем мире. Чем сложнее задачи и чем больше объем данных для передачи, тем выше должна быть производительность устройства. Чтобы адаптировать пропускную способность техники под новые запросы, ученые активно работают над компактными фотонными интегральными схемами: они в разы быстрее и устойчивее к помехам, чем электрические аналоги.
Исследователи Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург и Лазерного института академии наук Шаньдунь (Китай) разработали методику, с помощью которой напрямую сопоставили, как микродисковые лазеры генерируют сверхкороткие световые импульсы при оптическом и при электрическом энергопитании (накачке).
«С опорой на принципы ап-конверсии мы измерили интенсивность излучения объекта и детализировали сверхбыстрые процессы с точностью до 0,2 пикосекунды — это 0,2 триллионных доли секунды. При помощи преобразования Фурье нам удалось перевести временные сигналы лазера в частотные и сравнить их на одной шкале. Ранее такое сравнение не проводилось, потому что для каждого типа накачки использовались разные методы измерений», — объяснил ведущий научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники Алексей Надточий.
Ученые проанализировали динамику микродискового лазера в различных режимах — это показало, насколько быстро устройство меняет интенсивность излучения в зависимости от мощности накачки и величины модулирующих импульсов. Максимальная скорость достигла 4,15 ГГц. До исследования определить верхнее значение для такого микролазера было попросту невозможно. Новые данные помогут модернизировать конструкцию устройства.
«Эксперимент показал, что разницы в быстродействии между оптической и электрической накачкой практически нет. Тем не менее, сама возможность сопоставить скорость позволяет по-новому взглянуть на физические процессы.
Полученные данные ускорят разработку фотонных чипов нового поколения и будут особенно актуальны для систем искусственного интеллекта и дата-центров, которым важна каждая доля секунды. В будущем с помощью таких лазеров можно сделать несколько вычислительных схем прямо на одном чипе, чтобы предельно быстро передавать сигнал между ними, или разработать сеть оптически связанных микролазеров, которая сможет работать по принципу нейросети или резервуара вычислений», — резюмировал Алексей Надточий.
Международная лаборатория квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург проводит исследования в области приборов фотоники и наноэлектроники на квантовых эффектах, изучает физические явления, а также исследует оптические и структурные свойства полупроводниковых материалов. Одна из последних разработок — микролазер размером с бактерию. Подробнее о работе Лаборатории — на сайте.