Met de komst van het AI- en big data-tijdperk stuiten traditionele elektronische computers steeds vaker op fysieke knelpunten bij het verwerken van enorme hoeveelheden gegevens. Fotonische computers, die gegevens verwerken met behulp van fotonen in plaats van elektronen, bieden daarentegen opmerkelijke voordelen, waaronder ultra-hoge snelheden, massale parallelle gegevensverwerking en een uitzonderlijk laag energieverbruik. De fabricage- en gebruiksomstandigheden van de kerncomponenten van fotonische computersystemen zijn echter lange tijd grote obstakels geweest voor de wijdverbreide acceptatie ervan. De recente doorbraak van het team van de Universiteit van Southampton pakt dit kritieke pijnpunt rechtstreeks aan.
Het onderzoeksteam heeft met succes ruimtelijk gescheiden micro-lasers gegenereerd binnen een optische microholte op basis van vloeibare kristallen en organische kleurstofmoleculen. Opmerkelijk genoeg bereikten deze micro-lasers een spontane synchronisatie en werkten ze als een verenigde coherente lichtzender met exact dezelfde frequentie en fase, waardoor ze een macroscopische collectieve toestand vormden die bekend staat als een 'supermodus'.
Voorheen was het bereiken van dergelijke complexe laserbesturingsverschijnselen meestal afhankelijk van gespecialiseerde halfgeleidermicroholtes en kon deze alleen worden waargenomen in extreme cryogene omgevingen onder -250 graden. De hoge kosten van cryogene koeling en de complexiteit van de benodigde apparatuur maakten het vrijwel onmogelijk om deze technologie uit het laboratorium te halen. Het nieuw ontwikkelde platform werkt niet alleen stabiel bij standaard kamertemperatuur, maar beschikt ook over twee belangrijke voordelen:
Elektrische afstembaarheid: Door simpelweg een kleine spanning aan te leggen, kunnen de vloeibare kristalmoleculen in de microholte worden geheroriënteerd, waardoor een flexibele aanpassing van de voortplanting van het licht en de werkingsmodi van de laser mogelijk wordt.
Optische herconfigureerbaarheid: de relatieve posities van de micro-lasers binnen hetzelfde apparaat kunnen dynamisch opnieuw worden geconfigureerd volgens specifieke vereisten.
Dmitry Dovzhenko, de hoofdauteur van het artikel en onderzoeker bij het Optoelectronics Research Center van de Universiteit van Southampton, wees erop dat dit onderzoek aantoont dat het 'collectieve gedrag' van licht niet noodzakelijkerwijs complexe licht-materie vereist die toestanden of cryogene omgevingen koppelt. Het nieuwe platform is niet alleen eenvoudiger en praktischer, maar maakt ook gebruik van volwassen materialen. Dit biedt een veelbelovend traject voor het ontwikkelen van goedkope, herconfigureerbare en gemakkelijk schaalbare praktische apparaten voor toekomstige fotonische computertoepassingen.
