Il tema della conversione dei bit in fotoni ed elettroni, nel passaggio tra fibre ottiche ed elettronica tradizionale, è al centro di numerose ricerche. NTT Docomo, in uno studio pubblicato su Nature e riportato da Ars Technica, afferma che la conversione dei bit è uno spreco di risorse e spiega i metodi con cui è possibile evitarla.
Gli ingegneri giapponesi sono riusciti a creare una RAM ottica a 115 bit grazie a una serie di cristalli fotonici, ognuno capace di archiviare la luce di una lunghezza d'onda differente. I cristalli fotonici sono composti da semiconduttori a strati, con una struttura precisa - lo spessore e lo spazio tra i layer - che determina come interagiscono con la luce.
Un cristallo fotonico creato per una determinata lunghezza d'onda assorbe un impulso di luce e rimane in stato di alta energia fino a quando non arriva una luce debole (bias light) con la stessa lunghezza. Un impulso più intenso porta all'emissione della luce originale non appena il cristallo fotonico ritorna in uno stato di bassa energia.
Secondo NTT Docomo è possibile usare quel processo per creare un bit ottico. Se un impulso di luce viene immagazzinato quando viene fornito il secondo impulso si ottengono forti emissioni, che permettono di leggere lo lo stato 1. Se non è archiviato nessun impulso, il secondo ha poco effetto e in lettura restituisce uno "0". Spegnere la "bias light" resetta semplicemente il bit.
Collocando a monte uno switch ottico – usato per direzionare gli impulsi di luce necessari a leggere e scrivere differenti bit nelle posizioni di memoria– i ricercatori sono riusciti a usare cristalli fotonici per archiviare più bit. Tuttavia ciò non è bastato e hanno dovuto ripensare anche l'hardware.
Dato che i cristalli fotonici si possono "sintonizzare" per archiviare differenti lunghezze d'onda e sono trasparenti gli uni con gli altri, è possibile disporli in serie dove ogni cristallo fa attenzione solo a una specifica lunghezza d'onda. I fotoni spinti in questo bus viaggeranno così senza ostacoli fino a incontrare il cristallo corrispondente alla loro lunghezza d'onda. Arrivati a destinazione possono essere assorbiti, immagazzinati e letti successivamente.
Il team è partito da strati di indio-gallio-arsenico-fosforo e indio-fosforo. Questo ha consentito di creare 31 bit, ognuno capace di archiviare una lunghezza d'onda separata da quelle vicine di 0,9 nanometri. Dopodiché sono passati agli strati di silicio, che consentono un controllo più preciso sulle lunghezze d'onda coinvolte. Questo ha consentito di avere una separazione di soli 0,23 nanometri e di memorizzare 105 bit ottici in un unico dispositivo.
Poco, ma il team pensa di poter creare un array bidimensionale di bit ed espandere la quantità di dati che deve essere archiviata. Il processo di lettura e scrittura è molto rapido, in quanto può essere fatto con impulsi di luce nell'ordine dei 100 picosecondi. La cattiva notizia è che richiede ancora troppa energia. Tra gli impulsi di luce in lettura e scrittura, oltre alla bias light, i ricercatori stimano che una memoria a 28 bit richieda circa 150 microwatt per l'archiviazione, che possono salire velocemente se si prova ad aggiungere altri bit. Insomma, bisognerà lavorare su questo aspetto per ottenere una soluzione competitiva.