Физики из России и Китая выяснили, как ускорить лазеры для ИИ-чипов

Способ подачи энергии почти не влияет на скорость микродисковых лазеров. К такому выводу пришли российские и китайские ученые, которые впервые напрямую сравнили оптическую и электрическую накачку таких излучателей.

По данным пресс-службы НИУ ВШЭ, эти результаты помогут быстрее встроить миниатюрные лазеры в фотонные чипы для систем искусственного интеллекта.

Как устроены микродисковые лазеры

Исследователи изучали лазеры на основе арсенида галлия. Каждый такой излучатель представляет собой крошечный кольцевой резонатор диаметром в несколько десятков микрометров. Свет в нем удерживается благодаря эффекту шепчущей галереи, о котором люди знали еще в Средние века.

Идею использовать этот эффект для создания компактных лазеров ученые предложили несколько лет назад. Однако на практике излучатель нужно соединить с волноводом. Он позволяет управляемо выводить фотоны из резонатора и передавать их в другие элементы фотонной интегральной схемы. Энергию в систему подают либо оптическим, либо электрическим способом.

Чтобы применять такие лазеры в реальных устройствах, важно понимать, как и насколько быстро в них возникают световые импульсы. Для этого физики создали методику, которая позволила измерить интенсивность излучения и отследить сверхбыстрые процессы внутри лазера с точностью до 0,2 пикосекунды.

Что показали измерения

Эксперимент раскрыл, что происходит внутри излучателя, и показал, что разница между двумя видами накачки практически отсутствует. В обоих случаях лазер меняет интенсивность излучения с частотой до 4,15 ГГц.

По словам ведущего научного сотрудника НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Алексея Надточего, новые данные ускорят разработку фотонных чипов следующего поколения. Он отметил, что в перспективе на одном чипе можно будет разместить сразу несколько вычислительных схем и очень быстро передавать сигнал между ними с помощью таких лазеров. Другой вариант — сеть из оптически связанных микролазеров, которая будет работать как нейросеть или система резервуарных вычислений.

Ученые рассчитывают, что результаты исследования особенно пригодятся для ИИ-систем и дата-центров, где важна каждая доля секунды.