Группа учёных из США смогла соединить квантово-механическую теорию и цифровую запись, проложив путь к потенциально сверхплотной оптической памяти. Запись осуществляется излучателями атомарного размера, встроенными в саму память, а ячейками для хранения информации выступают множественные дефекты в атомарной структуре памяти. Всё это замешано на управляемом изменении квантовых состояний дефектов, явив собой смесь классической и квантовой физики.

Источник изображения: Giulia Galli

Исследование и разработку моделей изучаемых явлений осуществили физики из Аргоннской национальной лаборатории министерства энергетики США и Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета. Сначала они провели моделирование и предсказали возможные результаты и лишь потом провели эксперименты. Проделанная учёными работа во многом новаторская. Ещё никто не изучал вопрос, как поведут себя дефекты в атомарной структуре твёрдых материалов, если по соседству с ними в нанометровой доступности расположатся излучатели энергии (фотонов). Фактически это физика в ближнем поле, которая непросто поддаётся изучению и, прежде всего, из-за возникновения разного рода квантовых эффектов.

«Мы разработали фундаментальные физические основы того, как передача энергии между дефектами может лежать в основе невероятно эффективного оптического метода хранения, — сказала Джулия Галли (Giulia Galli), профессор Чикагского университета и старший научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории. — Это исследование иллюстрирует важность изучения основных принципов и квантовомеханических теорий для освещения новых, зарождающихся технологий».

Если мы будет рассматривать, например, оптические диски, то минимально допустимое пятно для записи будет ограничено дифракционным пределом оптической системы и не сможет быть меньше длины волны записывающего лазера. Учёные предложили насытить материал атомами редкоземельных элементов, которые отличаются тем, что способны переизлучать падающий на них свет в более узком диапазоне и на других длинах волн. Тем самым можно создать материал с мириадами записывающих «лазеров» внутри, каждый из которых был бы размером с атом.

Точно также материал можно насытить ячейками для записи, в роли которых выступали бы дефекты в кристаллической структуре. При достаточном количестве атомов редкоземельных элементов и дефектов большинство из них находились бы в нанометровой доступности друг от друга. Суть открытия в том, что редкоземельные излучатели (точнее — переизлучатели) необратимо или на очень длительное время меняют квантовые состояния находящихся по соседству дефектов (переводят их из синглетного в триплетное состояние). А это память, работающая в оптическом диапазоне. И очень плотная память — на уровне атомарной структуры.

Учёные предупреждают, что они пока слабо представляют многие механизмы работы такой памяти, но не сомневаются, что это интересный и перспективный путь для удовлетворения нужд человечества в сохранении цифровых архивов.

Корейская Samyang представила фикс-объектив (дискретный) Remaster Slim, позволяющий фотографу менять фокусное расстояние, заменяя не объектив полностью, а только оптические элементы внутри него.

Источник изображения: lksamyang.com

Более простая конструкция фикс-объектов — тех, что не поддерживают зума — означает некоторые преимущества для них, в том числе более чёткое изображение и уменьшенную глубину резкости. Компромисс состоит в том, что фотографу приходится самостоятельно приближаться и удаляться при кадрировании или устанавливать фикс-объективы с разным фокусным расстоянием. Это недёшево и не очень удобно, поэтому Samyang предложила объектив Remaster Slim толщиной 2 см.

Для оптики внутри Remaster Slim предусмотрено специальное магнитное крепление, в которое первоначально можно установить три вставки: широкую 21 мм и f/2,8, вариант 28 мм f/3,5, а также подходящую для портретной съёмки с близкого расстояния 32 мм и f/3.5. В сумке для камеры они займут намного меньше места, чем три полноценных фикс-объектива. Remaster Slim обеспечивает при съёмке «подлинную аналоговую чувственность, которая заметно отличается от изображений со смартфона, созданных с помощью цифровых технологий», рассказали в Samyang и добавили, что при разработке проекта источником вдохновения послужили «легендарные плёночные компактные фотоаппараты», снимки на которые не всегда получались чёткими.

Объектив Samyang Remaster Slim совместим с Sony E-mount и был доступен для предварительного заказа с 32-мм оптикой за 308 000 корейских вон или около $229, но сейчас тираж полностью распродан, хотя покупатели их получат лишь в начале сентября. Новая партия, доступная для всех желающих, появится в Южной Корее лишь в октябре; о выходе товара в других странах пока не сообщается ничего.

Учёные из Стэнфордского университета создали первый в мире практичный титаново-сапфировый лазер в масштабе микросхемы. Современные Ti:sapphire-лазеры в 10 000 раз больше и в 1000 раз дороже, тогда как стоимость производства крошечных лазеров на чипе будет условно копеечная. Такие лазеры подтолкнут развитие квантовых наук, помогут в офтальмологии, нейробиологии и много где ещё, где необходим источник интенсивного света.

Миниатюрный лазер опирается на титаново-сапфировый кубик на фоне 25-центовой монеты. Источник изображения: Nature

Титаново-сапфировые лазеры ценны тем, что они могут перестраиваться в относительно широком спектре когерентного излучения. Для науки и промышленности — это важнейшее качество, имя которому универсальность. Только сегодня подобные установки редкость даже в лабораториях, не говоря о промышленности. Они могут быть размером со средний рабочий стол, не говоря о вспомогательном оборудовании, например, лазерах для накачки, которые тоже стоят немалых денег. В конечном итоге стоимость одного такого лазерного комплекса может достигать полумиллиона долларов США.

Исследователи из Стэнфорда разработали технику создания титаново-сапфировых лазеров микрометрового масштаба. Сначала они нанесли на слой настоящего сапфирового стекла подложку из диоксида кремния (SiO₂), а затем создали поверх подложки объёмное титаново-сапфировое покрытие. Верхний слой травится и шлифуется до толщины в несколько сотен нанометров. На подложке остаётся волновод, как на показанном ниже снимке. Этот волновод работает как усилитель лазерного излучения.

Но самым ценным в разработке стал механизм перестройки лазера. Делается это с помощью дозированного нагрева волновода. В случае экспериментального лазера частоту его работы учёные смогли менять в пределах длин волн от красного до инфракрасного: от 700 до 1000 нм. Уменьшение размеров лазера также увеличило его интенсивность и энергоэффективность. Лазером накачки для такой платформы может быть очень маломощный источник.

«Это полный отход от старой модели, — поясняют учёные. — Вместо одного большого и дорогого лазера в любой лаборатории вскоре могут появиться сотни таких ценных лазеров на одном чипе. И всё это можно подпитывать зеленой лазерной указкой».

Компании, занимающиеся разработкой решений в области PCIe, уже некоторое время экспериментируют с оптической передачей данных в качестве альтернативы интерфейсу CopperLink. На мероприятии DevCon 2024 было продемонстрировано важное достижение: Cadence показала соединение PCIe 7.0 на скорости 128 ГТ/с с использованием стандартных компонентов.

Источник изображения: Cadence

В рамках демонстрации соединение поддерживалось непрерывно в течение двух дней — на протяжении всего мероприятия — без перерывов. Оптические коннекторы PCIe предназначаются для корпоративных решений: гиперскейлеров, облачных провайдеров, центров обработки данных и HPC. В качестве альтернативы CopperLink оптические коннекторы могут обеспечить разработчикам серверов и операторам ЦОД расширенные возможности с учётом высокой пропускной способности.

Спецификации CopperLink, утверждённые ранее в этом году, предлагают скорость до 32 и 64 ГТ/с для PCIe 5.0 и 6.0 соответственно; оптика поможет разогнать PCIe 6.0 и 7.0, но скорость в 128 ГТ/с, которую продемонстрировала Cadence, актуальна только для последней версии стандарта. Организация PCI-SIG создала отдел для разработки оптических соединений ещё в августе 2023 года. Планируется создание целого спектра решений для PCIe: подключаемые оптические трансиверы, встроенная оптика и оптические системы ввода-вывода. Окончательные спецификации оптического подключения, как ожидается, будут подготовлены к декабрю 2024 года.

Передовые потребительские ПК в настоящее время работают с PCIe 5.0 — стандарт обеспечивает SSD скорость выше 10 Гбайт/с. Спецификации PCIe 6.0 были опубликованы в начале 2022 года — в корпоративных системах соответствующие ему компоненты могут появиться в 2024 и 2025 годах. На минувшей неделе во время DevCon предварительные спецификации PCIe 7.0 обновились до версии 0.5, а окончательные появятся в следующем году. По первоначальным оценкам PCI-SIG, соответствующее им оборудование должно было появиться в 2027 году, но впоследствии сроки были перенесены ещё на год вперёд.

Спецификации PCIe 6.0 и 7.0 должны поддерживать пропускную способность до 256 и 512 Гбайт/с соответственно для интерфейсов x16. Их нововведения включают в себя модуляцию PAM4, Lightweight Forward Error Correction (L-FEC), Cyclic Redundancy Check (CRC) и Flow Control Units (Flits). Flits и многие другие функции PCIe 6.0 компания Cadence также продемонстрировала на DevCon.

Долгое время линзы были достаточно толстыми и тяжёлыми, что ограничивало их применение в ряде областей, например, в астрономии или в области крупногабаритных осветительных приборов. Жизнь стала проще с изобретением линзы Френеля со ступенчатой конструкцией. Сегодня учёные из Стэнфорда и Амстердамского университета довели идею ступенчатой линзы до абсолюта — они создали линзу толщиной всего в три атома, которой может найтись много применений.

Источник изображения: Ludovica Guarneri and Thomas Bauer

Как и классические линзы Френеля, разработка учёных представляет собой комбинацию из нескольких концентрических структур. Фактически это напыление из дисульфида вольфрама (WS₂), толщиной 0,6 нм. Предыдущий рекорд был установлен в 2016 году, когда учёные представили линзу толщиной 6,3 нм.

В своей работе, опубликованной в журнале Nano Letters, исследователи показали, как линза фокусирует красный свет. Фокусное расстояние отстоит от линзы на 1 мм. Круги из дисульфида вольфрама поглощают красные длины волн, а затем излучают их в точку фокуса. Строго говоря, излучают свет короткоживущие квазичастицы экситоны, которые излучают распадаясь. Все другие длины волн проходят сквозь материал линзы почти совершенно свободно. Подобная избирательность, считают учёные, может пригодиться в очках дополненной реальности. Сквозь них будет всё хорошо видно, но часть света может фокусироваться и нести дополнительную информацию.

Учёные продолжат работать над новыми линзами, намереваясь изучить вопрос создания сложных покрытий, активируемых электрическими зарядами.

Исследователи из Санкт-Петербургского Института точной механики и оптики (ИТМО) создали самый маленький в мире нанолазер для широкого спектра применений. Светоизлучающий прибор, который в 5 тысяч раз меньше миллиметра, может послужить как основой оптоэлектронных чипов, так и элементом дисплеев и медицинских приборов для точной диагностики.

Сергей Макаров. Источник изображения: Новый физтех ИТМО

«Ключевая идея предложенного дизайна нанолазера — использование нового механизма его работы за счет выстраивания сильной связи "свет-вещество". Это помогает значительно снизить порог его "включения". Излучение нанолазера имеет направленный характер, что позволяет эффективно собирать его в нашей оптической схеме и регистрировать на лабораторном спектрометре (прибор для фиксации, обработки и анализа волн света)», — рассказал Сергей Макаров, руководитель лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО.

Нанолазеры позволяют излучать свет с длиной волны намного большей, чем источник излучения. Особенно проблемно было получить источник «зелёных» фотонов. Разработка ИТМО преодолела это ограничение, прозванное в научной среде «зелёной ямой» (green gap). Предыдущий созданный в институте зелёный нанолазер был размером 310 нм. Новый удалось уменьшить до 200 нм.

В качестве светоизлучающего материала российские учёные использовали искусственно синтезированный перовскит — CsPbBr₃ в форме кубоида. «Этот материал изучается в университете с 2017 года. За это время учёным удалось доказать, что он стабилен, имеет высокий коэффициент оптического усиления (позволяет использовать энергию света максимально эффективно), а главное — он лучше всего работает в зеленом спектре», — поясняется в пресс-релизе ИТМО.

Следует уточнить, что все поставленные до этого времени эксперименты проводились с оптической накачкой нанолазера. На следующем этапе учёные начнут опыты с электрической накачкой нанолазера, для чего материал поместили на металлическую подложку. Это уже путь к дисплеям на базе светоизлучающих нанолазеров.

Группа учёных из Китая объявила о создании устройства связи, которое может сыграть решающую роль в развитии сетей 6G. Оборудование, основанное на «технологии космической оптической коммутации», было выведено для испытаний на орбиту в августе 2023 года. Установленное на спутнике устройство способно передавать световые сигналы без преобразования их в электрические импульсы. Команда Сианьского института оптики и точной механики Китайской академии наук сообщила, что испытания в космосе прошли успешно,

Источник изображения: Pixabay

Традиционные коммутационные устройства связи в процессе передачи данных обычно преобразуют световые сигналы в электрические. Но этот традиционный фотон-электрон-фотонный метод имеет эффект «электронного узкого места», в то время как оптический подход может максимизировать скорость и ёмкость систем обмена данными. Новый метод также может снизить затраты на строительство специальных объектов связи.

Команда китайских учёных посвятила более десяти лет разработке устройства, повышающего возможности, гибкость и скорость передачи информации. «Сети связи следующего поколения, включая 6G, выйдут за рамки наземной связи, это должна быть глобальная сеть, включающая спутниковые узлы», — уверены разработчики. Согласно статье, опубликованной ими в прошлом году, новая технология на сегодняшний день поддерживает скорость передачи данных на уровне 40 гигабит в секунду.

Традиционно связь «спутник-земля» базируется на использовании радиосигнала, но скорость передачи данных сравнительно невысока из-за ограниченного диапазона используемых частот. Поэтому в последнее время всё больше внимания уделяется оптическим технологиям обмена информацией, в частности, лазерам. Полоса пропускания лазера потенциально может достигать нескольких сотен гигагерц, что позволяет упаковывать больше данных в каждую передачу.

Учёные уверены, что обычным коммутационным устройствам будет сложно превысить порог скорости передачи данных в 100 Гбайт/с из-за ограничений пропускной способности. Поэтому жизненно важно разработать более совершенную систему оптического обмена информацией. «Это особенно актуально для межпланетной связи, поскольку оптическая коммутация будет более эффективной, быстрой, компактной и дешёвой», — уверены исследователи.

Несмотря на последний прорыв китайской команды, исследователи говорят, что впереди ещё долгий путь до практического применения новой технологии. Спутниковый Интернет в Китае, включая технологию космической оптической коммутации, все ещё отстаёт от США, поскольку в некоторых важнейших компонентах и технологиях доминируют американские предприятия. На данный момент несколько компаний в отрасли, таких как Starlink Илона Маска (Elon Musk), экспериментируют с оптическим способом межспутниковой передачи данных.

Технология Power over Ethernet для передачи питания и данных по одному кабелю мало кого удивит, однако передача питания и данных по одному оптическому кабелю — это свежо и необычно. Этим удивили исследователи из японской корпорации NTT и учёные из Технологического института Китами. По единому оптоволоконному кабелю они передали данные и питание мощностью 1 Вт на расстояние свыше 10 км.

Источник изображения: Pixabay

Для эксперимента был взят обычный 125-мкм волоконно-оптический кабель с четырьмя волокнами. В каждый из четырёх световодов подавался свет с длиной волны 1550 нм, который использовался для получения энергии на противоположном конце, а в два волокна заводились данные на волне длиной 1310 нм. Скорость передачи данных оставалась на уровне 10 Гбит/с, но параллельно происходила передача питания мощностью 1 Вт на расстояние до 14 км.

Источник изображения: NTT

Утверждается, что эффективность предложенного решения достигает 14 Вт/км, что считается мировым рекордом. Подобное решение может стать спасением во время стихийных бедствий, когда на месте отсутствует питание. В таком случае оборудование может быть запитано издалека одновременно с передачей данных. Протянуть один оптический кабель в зону бедствия будет проще, дешевле и безопаснее, чем разворачивать обычную систему подачи электрической энергии. С такой работой сможет справиться даже небольшой коммерческий дрон, поэтому у новой разработки немало шансов воплотиться в реальные продукты.

Организация PCI-SIG доложила о формировании рабочей группы для разработки оптического интерфейса, который смог бы заменить используемую сейчас электронную шину. Это поможет сэкономить энергию, снизить тепловыделение и повысить производительность компьютеров в целом, но в первую очередь технология появится в серверах, дата-центрах и прочих мощных системах.

Источник изображения: Visor69 / pixabay.com

PCI Express, возможно, является важнейшей шиной ПК, соединяющей его наиболее важные компоненты: центральный процессор с дискретным графическим процессором и твердотельным накопителем, а также другими интерфейсами. Развитие этой технологии помогают повысить производительность компьютера в целом, но переход от электроники к оптике означал бы революцию.

Едва ли стоит ожидать, что оптическая версия PCIe появится в ближайшее время — будь то спецификация или тем более реальный прототип. Только в 2025 году ожидается выход спецификации PCI Express 7.0, которая предложит колоссальные 128 ГТ/с. На рынке же самыми актуальными остаются компоненты стандарта PCI Express 4.0, который был утверждён в 2017 году. Компоненты с PCIe 5.0 только начинают свой путь.

Применение оптики для передачи данных изучается более десяти лет: когда-то Intel предложила технологию Light Peak как замену USB, но впоследствии проект был переименован в Thunderbolt и претерпел значительные изменения. Тем не менее, оптические решения не утратили актуальности. Интерконнект вычислительных компонентов может потреблять до 80 % мощности чипов — оптика может снизить этот показатель и повысить скорость передачи данных.

Но в PCI-SIG так далеко пока не заглядывают. «Эта новая рабочая группа по оптическим технологиям будет работать над тем, чтобы сделать архитектуру PCIe более подходящей для оптических устройств», — говорится в заявлении организации.

Аналоговые компьютеры уходят своими корнями в античность. Пик своего развития они прошли с 40-х по 60-е годы XX века, после чего уступили место «цифре». Сегодня аналоговые вычислители снова начинают бросать вызов цифровым решениям в нейроморфных, квантовых и других приложениях и, как оказалось, могут оказаться намного производительнее в процессе крайне сложных математических расчётов.

Источник изображения: Pixabay

Так, в журнале Nature Nanotechnology вышла статья исследователей из института AMOLF, Университета Пенсильвании и Городского университета Нью-Йорка (CUNY), в которой они рассказали о создании наноструктурированной поверхности, которая может решать уравнения с помощью света.

Фактически речь идёт о создании оптических метаповерхностей, падение света на которые (и его отражение) происходит по обычным законам оптики по заранее физически вшитой функции. Этот метод нельзя поставить в один ряд с цифровыми системами для решения любых задач, но для выполнения специфических и математически сложных алгоритмов все очень и очень перспективно.

Цифровые архитектуры в лице процессоров больше не обещают взрывной рост производительности и такой же рост энергоэффективности, что часто формулируют в такой лаконичной форме, как «закон Мура мёртв». Переход на оптические сигналы и структурированные метаповерхности решает обе проблемы: он повысит скорость вычислений за счёт работы света в наноразмерных оптических структурах и снизит энергопотребление по причине отсутствия выделения тепла в ходе расчётов.

Идея подобных вычислений проста. В тончайшем прозрачном слое материи создаются прозрачные области и определённый наномасштабный рельеф под ними. Просто проходя сквозь слой и отражаясь от него свет выполняет расчёт по заданной формуле. Исследователи показали, что таким образом, например, можно обрабатывать изображения. И если обычные компьютеры тратят на такие операции множество циклов, особенно, если в процесс включена обработка матриц, то оптические системы производят вычисления за один цикл.

Источник изображения: Nature Nanotechnology

Один из ведущих авторов работы сказал: «Мы продемонстрировали новый мощный альянс между нанотехнологиями и аналоговыми вычислениями, который может проложить путь к созданию гибридных оптических и электронных вычислительных схем. Дальнейшее развитие наших идей приведет к решению задач повышенной сложности со скоростью и эффективностью, которые ранее были немыслимы».

Meta✴ сообщила о покупке бельгийско-нидерландской компании Luxexcel, передаёт ресурс UploadVR со ссылкой на представителя Meta✴. Основанная в 2009 году компания специализируется на 3D-печати диоптрийных линз.

Источник изображения: luxexcel.com

«Мы рады, что команда Luxexcel присоединилась к Meta✴, углубляя установленное партнёрство между двумя компаниями», — заявил представитель гиганта соцсетей. Новый актив поможет компании усилить своё присутствие на рынке дополненной реальности — это направление занимает более 50 % бюджета профильного подразделения Meta✴ Reality Labs.

Наряду с уже вышедшими Ray-Ban Stories и моделью второго поколения, компания работает над очками дополненной реальности Project Nazare. Глава Meta✴ Марк Цукерберг (Mark Zuckerberg) недавно заявил, что на рынок устройство выйдет в ближайшие годы, и Luxexcel сделает свой вклад в его разработку. Стоит отметить, что гарнитуры виртуальной реальности не предусматривают оптики с диоптриями — её приходится приобретать у сторонних производителей, тогда как Ray-Ban Stories такой вариант предполагают.

Ранее Meta✴ объявила о намерении поглотить стартап Within, разрабатывающий VR-приложение Supernatural для занятий фитнесом, однако сделка встретила противодействие со стороны Федеральной торговой комиссии США (FTC), и право на неё компании Meta✴ придётся отстаивать в суде.

Для создания 3D-голограммы требуется чрезвычайно точное и быстрое управление светом, что выходит за рамки возможностей существующих технологий на жидких кристаллах или микрозеркалах. Решение может быть найдено в свежей разработке международной группы учёных — они создали модулятор света, который по скорости реакции в 10 раз быстрее современных устройств.

Свет обретает форму. Источник изображения: Sampson Wilcox / MIT

«Мы сосредоточились на управлении светом, что является постоянной темой исследований с древности. Наша разработка — ещё один важный шаг к конечной цели полного оптического контроля (в пространстве и времени) для огромного количества приложений, использующих свет», — сказал ведущий автор работы Кристофер Пануски (Christopher Panuski).

Работа является результатом сотрудничества исследователей из Массачусетского технологического института, компании Flexcompute, Университета Стратклайда, Политехнического института Университета штата Нью-Йорк, компании Applied Nanotools, Рочестерского технологического института и Исследовательской лаборатории ВВС США. Публикация вышла в журнале Nature Photonics.

Конструктивно пространственный модулятор света (SLM) состоит из двух частей: блок управления резонатором представлен массивом светодиодов, а напротив располагается массив резонаторов — поле из фотонных кристаллов. Каждый оптический резонатор представляет собой что-то типа полости с регулируемыми свойствами, в которой свет многократно переотражается, прежде чем выйти наружу. Поскольку рабочие характеристики каждого микрорезонатора управляются своим светодиодом — система получилась программируемая, беспроводная и на порядок быстрее актуальных решений.

Микрорезонаторы преобразуют попавший в них извне лазерный луч согласно своим настройкам. Светодиоды играют также роль накачки лазерного луча. Свет лазера задерживается в резонаторе примерно на одну наносекунду, где успевает переотразиться около 10 тыс. раз. После этого резонатор испускает свет в запрограммированном направлении с заданной интенсивностью. Точнее, происходит передача всего светового поля матрицы резонаторов. Это может быть голографическая картинка, сканер тканей головного мозга или пакет передачи данных. И эта скорость передачи обработанной информации в 10 раз больше, чем позволяют современные решения.

Более того, учёные разработали технологию массового производства оптических резонаторов на 200-мм кремниевых пластинах. Утверждается, что предложенная технология сопровождается исчезающее малым уровнем брака. Новая работа в этом направлении обещает помочь создать большие массивы резонаторов для квантовых устройств и перспективных решений для визуализации типа 3D-голограмм или сканеров.