ИИ создал компоненты микросхем в 500 раз меньшие, чем инженеры считали возможным

Учёные уменьшили размеры трёх компонентов, используемых в фотонных микросхемах, в 500 раз, что позволило освободить значительно больше места для других функций на кристалле. Это достижение стало возможным благодаря алгоритму искусственного интеллекта (ИИ), который сгенерировал эти крошечные конструкции. Результат исследователи охарактеризовали как «выходящий за пределы человеческой интуиции».

В то время как в традиционных микрочипах для передачи и обработки информации используются электроны, в фотонных микрочипах применяются частицы света (фотоны). Благодаря этому они могут обрабатывать и передавать информация гораздо быстрее, чем электронные чипы.

Вместо металлических проводов свет по фотонной микросхеме направляют каналы шириной в микрометр, называемые волноводами. Эти микросхемы также содержат разделители длин волн, сортировщики пространственных мод и зеркала — все эти элементы необходимы для разделения и направления различных длин волн и световых узоров в пределах площади, составляющей лишь долю ширины человеческого волоса.

В новом исследовании учёные использовали конструкции, сгенерированные ИИ, для изготовления этих трёх компонентов в ультракомпактном масштабе. Исследователи начали с того, что точно указали алгоритму, как именно компоненты должны воздействовать на свет, и задали определённые производственные ограничения, такие как пределы крутизны изгиба наноструктур. Затем алгоритм ИИ работал в обратном направлении, тестируя и дорабатывая разнообразные конструкции, пока не нашёл тонкие наноструктуры, способные обеспечить желаемый результат.

«Обратное проектирование даёт возможность нам определить, что мы хотим, чтобы делал свет, а оптимизация находит структуру, которая это обеспечивает — зачастую такую, которую ни один человек бы не нарисовал», — объявил в своём заявлении первый автор исследования Тоби Би, научный сотрудник Института науки о свете имени Макса Планка.

Чтобы ещё больше усовершенствовать свои компоненты, команда также решила изготовить их из по сравнению с толстого нитрида кремния — толщиной примерно от 400 до 800 нанометров по сравнению со стандартным кремнием толщиной от 150 до 400 нанометров — который меньше рассеивает свет и обеспечивает более сильное ограничение длины волны. Полученные зеркала, длиной приблизительно 11 мкм, отражали до 98,5% падающего света, одновременно блокируя нежелательные световые узоры.

Длиноволновый разветвитель имеет размеры, приблизительно равные размеру одной бактерии (диаметр приблизительно 5 мкм), а пространственный сортировщик мод — немного больше.

Хотя исследователи успешно продемонстрировали эти компактные компоненты по отдельности, они пока не объединили их в полноценную интегрированную оптическую схему. Достижение этой цели станет следующим шагом на пути к созданию полнофункциональных фотонных чипов, использующих повышенную плотность компонентов, которую обеспечивают эти конструкции.