Ученые НИУ МИЭТ и МПГУ совместно с коллегами из научных и образовательных организаций разработали энергонезависимые фотонные элементы, на основе которых можно создать отечественную систему вычисления, работающую по принципу человеческого мозга, уверяют разработчики. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Acta Materialia.Нанофотоника занимается разработкой многофункциональных оптических материалов и созданием фотонных устройств на их основе. Один из примеров — фотонные интегральные схемы (ФИС). В настоящий момент ФИС уже используются в производстве телекоммуникационного оборудования и систем оптической связи.

С помощью ФИС возможно выполнять простейшие вычислительные действия и повышать производительность современных оптоэлектронных и оптических устройств. Однако особенно перспективно применение схем в нейроморфных вычислениях — подчеркнули в Национальном исследовательском университете «МИЭТ» (НИУ МИЭТ).

Концепция наиболее современного нейроморфного компьютинга (вычисления) похожа на работу человеческого мозга со сложной нейронной сетью и множеством параллельно выполняемых операций. Нейросети применяются, к примеру, для демонстрации изменения внешности человека с возрастом, выстраивания маршрута беспилотного автомобиля, помощи врачам в постановке диагноза. Чтобы подобные сложные задачи выполнялись эффективно нужно создать аппаратную элементную базу, которая реализует высокоскоростную передачу и обработку массивов данных. Этому поспособствуют разработанные российскими учеными нанофотонные устройства, считают в НИУ МИЭТ и МПГУ.
«В результате сотрудничества с разными научными организациями нам удалось отработать технологии синтеза необходимых материалов и создания на их основе фотонных интегральных схем для потенциальной реализации нейроморфных вычислений. И, главное, все наши разработки локализованы в России», — рассказал старший научный сотрудник Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Петр Лазаренко.

Ученые создали энергонезависимые фотонные элементы на основе халькогенидного соединения германия, сурьмы и теллура Ge2Sb2Te5 и научились управлять их свойствами за счет изменения структуры материалов между аморфным и кристаллическим состоянием.
«Мы сформировали различные фотонные интегральные элементы, каждый из которых может записать и энергонезависимо хранить три бита информации. Данные элементы одновременно являются управляющими и выполняющими функцию памяти», — отметил старший научный сотрудник Лаборатории квантовых детекторов МПГУ Вадим Ковалюк.
Пучок оптического волокна — РИА Новости, 1920, 05.08.2022

Кроме того, совместно с коллегами из ИОНХ РАН им. Курнакова и ИТЭФ «Курчатовский институт» сотрудники вузов модифицировали функциональные пленки ионами олова. Это позволило снизить энергопотребление и предотвратить самопроизвольное стирание данных оптических устройств.
В настоящий момент проектирование фотонных интегральных схем проводится Зеленоградским нанотехнологическим центром (ЗНТЦ) и научно-производственным комплексом «Технологический центр». Данные центры обладают необходимым оборудованием для апробации решений в производственном масштабе, уточнили в НИУ МИЭТ.
Разработки ведутся в рамках программы Минобрнауки РФ «Приоритет-2030» при поддержке Российского научного фонда (проект № 20-79-10322).
миэт