Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet rakentamaan laskimen, joka suorittaa laskutehtävät valon avulla.

He esittelivät Science Advances -tiedelehdessä täysin valolla toimivan loogisen piirin. Yliopiston mukaan se on ensimmäinen maailmassa.

Laskin muodostuu poikittaisista nanolangoista. Se pystyy tekemään valon avulla esimerkiksi yhteen- ja vähennyslaskuja. Keksintö on askel kohti optista tietokonetta.

Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen

”Se on perimmäinen tavoite”, sanoo hanketta vetänyt tutkijatohtori Henri Jussila.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

”Osoitimme, että nanorakenne suoriutuu laskutoimituksista siinä kuin yksinkertainen taskulaskin. Erona on, että sähkön sijaan laskuoperaatiot suoritetaan valon avulla”, Jussila sanoo.

Hänen mukaansa optisia piirejä on esitelty ennenkin, mutta ensimmäisen kerran sillä demottiin laskuoperaatioita.

Laskimessa käytettiin kahdenlaisia, eri materiaalista tehtyjä nanolankoja. Niiden pituus oli kymmenen mikrometriä ja paksuus sata nanometriä eli viidessadasosa hiuksen paksuudesta. Langat välittävät fotoneita eli valoa.

Tutkijat kokosivat rakenteen hiusten kampaamista muistuttavalla tekniikalla. Sen avulla langat saatiin järjestetyksi tarkasti haluttuun suuntaan.

Eri aineista tehdyt langat ovat laskimessa kohtisuorassa eli 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden, kertoo tutkimusryhmän johtaja professori Zhipei Sun.

Valon ominaisuudet – aallonpituus ja polarisaatio – vaikuttavat siihen, kummanlainen lanka valoon reagoi.

Valolla toimiva looginen piiri operoi nollilla ja ykkösillä siinä missä tavallinenkin. Piirin ulostulossa ei valoa tarkoittaa nollaa, valo ykköstä.

Mitä hyötyä valolla toimivasta piiristä tai tietokoneesta sitten olisi?

Valolla laskenta voisi olla äärimmäisen nopeaa. Siinä ei synny energiahäviötä, jota syntyy, kun sähkövirta lämmittää koneen osia. Valoa voisi mahdollisesti käyttää myös aivan uusin tavoin.

Sunin mukaan optisessa piirissä voisi esimerkiksi ajaa monta operaatiota rinnakkain eri värisillä valoilla eli eri aallonpituuksilla. Se tekisi laitteen paljon tehokkaammaksi.

”Nykyiset tietokoneet ovat melko hyviä, mutta valolla on eri ominaisuudet. Se avaa uusia mahdollisuuksia. Emme vielä tiedä, mitä kaikkea siitä voi seurata”, Jussila sanoo.

Optisen tietokoneen toteuttamiseen ei myöskään ole yhtä mallia, vaan se voisi toimia monella tavalla.

Professori Sun sanoi joka tapauksessa pitävänsä optisen tietotekniikan näkymiä lupaavina.