IBM vertraagt licht in cmos-chip

Onderzoekers van IBM hebben aangekondigd dat ze een techniek hebben ontwikkeld waarmee het mogelijk is om licht te vertragen binnen een cmos-chip. De ontwikkeling is een stap voorwaarts richting chips die niet rekenen met elektronen, maar met licht.

Het gebruik van licht in plaats elektronen heeft in theorie als voordeel dat informatie sneller verplaatst kan worden wat resulteert in een snellere computer. Door het vertragen van licht ontstaat een buffer, één van de vele onderdelen die nodig zijn om te kunnen werken met licht op een chip. De onderzoekers van IBM gebruiken meerdere ringstructuren in serie op een cmos-chip om het licht te vertragen. Bij het gebruik van 100 ‘micro-ring resonators’ kan 10-bit aan optische data voor een korte periode opgeslagen worden in een gebied van 0,03 vierkante millimeter. Ter vergelijking: de datadichtheid van een ouderwetse floppy is tienmaal hoger. Er is dus nog een lange weg te gaan voordat rekenen met licht realiteit wordt, maar de eerste stapjes zijn gezet.

Reacties (52)

[ppotter10]

Voor de liefhebbers (zoals ik), het wetenschappelijk rapport hiervan:

http://www.nature.com/nph...1/pdf/nphoton.2006.42.pdf

[klaafstra99]

Gaat dan niet de hele relativiteits-theorie op z'n gat?

Licht afremmen tot het bijna stilstaat en dan er voorbij lopen!

[Verwijderd]

Heel goeie opmerking, maar spijtig genoeg: nee, de relativiteitstheorie gaat immers enkel over de snelheid van licht in vacuum

Het licht gaat in een medium trouwens helemaal niet trager. Het lijkt enkel trager te gaan. Een photon wordt geabsorbeerd door een atoom, en even later weer uitgestuurd. Dan komt het bij het volgende atoom, wordt het weer geabsorbeerd, uitgestuurd, enz. Zo plant het zich dus voort door bv. glas. Tussen de atomen in gaat het licht gewoon aan zijn volledige snelheid, namelijk die in vacuum, alleen passeert het onderweg af en toe in de kroeg, om het eenvoudig voor te stellen

[Sibylle]

Licht gaat wle degelijk trager. Een electromagnetische golf in het medium is namelijk de superpositie van alle invloeden bij elkaar.
Als een lichtpuls (golf) aankomt en een medium ingaat ontstaan er reacties hierop van electronen die opzichzelf bronnetjes worden van electromagnetische golven. De superpositie van dit alles bepaalt de uiteindelijke lichtpuls die zich voortbeweegt.

Wacht, ik had het woordje kroeg niet gelezen, ik ben het nu volledig met je eens

[Verwijderd]

Volgens mij is het zo dat volgens de relativiteitstheorie de snelheid van licht in VACUUM constant is ongeacht welke snelheid de waarnemer heeft. Volgens de relatitiviteitstheorie mag je niet snelheden optellen(bijv. je rent in de trein, jouw snelheid t.o.v. aarde = snelheid trein t.o.v. van de aarde + jouw snelheid t.o.v. de trein.). Dit is slechts bij benadering goed en is erg onnauwkeurig bij hogere snelheden. Bij hogere snelheden moet je de Lorenz transformaties toepassen. Uit de Lorenz transformaties kun je afleiden dat niets sneller kan zijn dan de snelheid van licht in VACUUM. Dus als je licht vertraagt door het door een stof te sturen en je haalt die lichtbundel in, dan is dat niet in strijd met de relativiteitstheorie want die lichtbundel gaat niet door VACUUM maar door een STOF.

[Jizmac]

En dat heb ik nu nooit begrepen, is er ergens een linkje die dit nu eens in lekentaal kan uitleggen. Zoals ik het zie zit Einstein ernaast ( en een hoop mensen gaan op deze opmerking reageren), maar ik kan dit ook fout hebben.
Ik zeg dit omdat een stelling in het verleden vaak zat is aangepast, en die van Einstein zal ook bijgewerkt worden. De man was geniaal, maar ontwikkeling heeft altijd een uitgangspunt die in de toekomst moet worden bijgewerkt. Geen vooruitgang zonder vragen!

[Floort]

Ik raad je aan om het originele "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" van Einstein te lezen. Ik heb de engelse vertaling gelezen en deze is erg duidelijk (mijn Duits is verschrikkelijk). http://fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/specrel.pdf

Het vak speciale relativiteitstheorie heb ik vorig jaar gehad van Prof.dr S. Bentvelsen. Hij is een geweldig goede docent die een erg leuk vak geeft (Nee, ik ben niet aan het slijmen voor een beter cijfer ). Op zijn website ( http://www.nikhef.nl/~stanb/ ) staan onder andere de slides van een proefcollege SRT. http://www.nikhef.nl/~sta.../2005/proefcollegeSRT.ppt

Een van de redenen dat ik SRT zo'n leuk vak vind/vond is dat de wiskunde die erbij komt kijken relatief (pun intended) eenvoudig is.

Ik zal even rondkijken of de syllabus van het vak nog vrij te downloaden is. Als ik deze kan vinden zal ik het posten.

Dat was snel: http://www.nikhef.nl/~sta...rs/stanb/www/download/SRT

[Floort]

De lichtsnelheid is constant. (Hoewel er niet bekend is of de lichtsnelheid altijd de huidige waarde heeft gehad)

Je kan licht "trager" laten gaan door de padlengte te verhogen. Hier lijkt het erop dat ze veel kronkels in het pad van het licht gemaakt hebben zodat het licht er langer over doet om van het begin tot het eind te komen. Dit kan je aan een kleuter zelfs uitleggen en je hebt er zeker geen relativiteitstheorie voor nodig.

P.S.
Over de algemene relativiteitstheorie kan ik weinig zeggen, maar de speciale relativiteitstheorie van Einstein laat niet zien dat de lichtsnelheid constant is, maar gebruikt dit als aanname.

[Honbrifcl]

Het is Maxwell die aangetoond heeft dat zijn formules (die tot op heden nog niet ontkracht zijn) impliceren dat elektromagnetische straling in vacuum een vaste snelheid heeft voor iedere waarnemer, bewegend of niet. Einstein heeft dit inderdaad gebruikt als aanname voor zijn theoriën betreffende de lichtsnelheid en ruimte-tijd.

[analog_]

spreekwoord met sloot en koe

[highfield]

ik neem aan dat vertragen bedoeld is als het verlengen van de weg die het licht af moet leggen en niet als de lichtsnelheid omlaag brengen?

[AugmentoR]

De lichtsnelheid in vacuum is een constante C (~299792km/s), maar licht gaat in alle stoffen langzamer, afhankelijk van materiaal en golflengte (bijv. lucht: ~299702km/s of diamant: ~125000km/s). Er zijn zelfs al syntetische materialen waar het licht bijna stil staat (minder dan 1m/s).
Licht kan gebufferd worden door slim materiaalgebruik en natuurlijk ook door het verlengen van de afstand die het licht af moet leggen.
@SRI idd, typo fixed.
@furby-killer: dáár zou ik wel eens een bron van willen hebben, dat licht in bepaalde gassen sneller gaat dan C, geloof er niets van...

[SRI]

Klopt geloof ik niet aan je post, er staat dat het in een vacuum ongeveer 299792 km/s gaat en in lucht 299798 km/s (6km/s sneller) terwijl je beweerd dat licht langzamer gaat als het door een stof heen moet.

[Verwijderd]

Misverstand: Augmento had een typo, waardoor de snelheid in lucht hoger was geciteerd. Heeft Augmento na opmerking SRI verbeterd.

[Verwijderd]

Nee hoor, hij heeft wel degelijk gelijk: licht heeft zijn hoogste snelheid in vacuum, in alle andere media is de lichtsnelheid trager (al scheelt het in lucht niet zo veel).

http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light
"Through any transparent or translucent material medium, like glass or air, it has a lower speed than in a vacuum"

Je verwart misschien met de snelheid van geluid, die kan inderdaad in bepaalde media een heel stuk sneller zijn dan in lucht, bv. in water is de snelheid van het geluid 1200m/s ipv 300m/s.

[Floort]

De snelheid van het licht is exact bekend: 299 792 458 m/s
Het is zelfs zo dat de snelheid van het licht PER DEFINITIE deze waarde heeft.

[Verwijderd]

in die definitie staat ook dat het om de snelheid in een vacuum gaat

[Sissors]

Zoals gezegd, dat is in vacuum. In stoffen is de lichtsnelheid langzamer, maar het is ook al gelukt om de lichtsnelheid hoger te maken met behulp van bepaalde gassen

[Verwijderd]

dat licht langzamer gaat in bepaalde stoffen is omdat het vaccuum gebogen is rondom de individuele atomen. Hierdoor ontstaan langere paden die het licht moet afleggen.
In sommige materialen verdwaalt het licht volledig (zwarte stoffen)

[Sibylle]

Al moest het licht 6km om een atoom heen, het zegt je nog niks over de snelheid.
De snelheid van het licht in een stof is slechts afhankelijk van twee dingen: de magnetische permeabiliteit van het medium en de elektrische permittiviteit van dat medium.

Beide eigenschappen vertellen iets over hoe een materiaal reageert op electromagnetische velden. Elke electron in het medium reageert namelijk op electromagnetisme en wordt daarmee zelf ook een bron van "verstoringen" aan het veld.

De snelheid wordt gegeven door:
http://230nsc1.phy-astr.g...tiv/imgrel/lightspeed.gif

[Mano3m]

Hoger dan de snelheid van het licht in vacuum kan niet. Dit geeft namelijk een aantal relativistische problemen (dingen als een negatieve grootte, tijd die achteruit loopt ed.) Fotonen kunnen (en moeten) precies op de lichtsnelheid zich verplaatsen en dat is ALTIJD zo. Zelfs in andere mediums dan vacuum.

Wat er gebeurt als licht niet in een vacuum is dat de golven van het licht gaan interfereren met het licht dat wordt geabsorbeerd en weer uitgezonden door aan de atomen van de stof gebonden electronen. Dit resulteerd in een zogenoemd golf-paketje. Misschien heb je dit wel eens gezien met geluid. Als je twee geluidsgolven bij elkaar opteld die ongeveer de zelfde frequency hebben wordt het steeds harder en weer zachter. Als je naar deze golf kijkt zie je het hardere gedeelte langzamer bewegen dan de golven zelf. Dit is het zelfde principe. Het golf paketje beweegt dus langzamer en dus het licht dat we merken beweegt langzamer (terwijl de onafhankelijke fotonen nog steeds met de licht snelheid bewegen).

[Onbekend]

Door de weg langer te maken is het gevolg dat het licht later op de bestemming aankomt.

Oftewel: Het resultaat is dat het licht er langer over doet aan het einde van de chip te komen dan de lichtstraal rechtstreeks.

[Verwijderd]

Daar heb je deels gelijk in: licht beweegt zich microscopisch (tussen twee interacties) steeds op maximum snelheid voort. De macroscopische vertraging (die je kan meten, tijd over bepaalde lengte medium) is te wijten aan elastische botsingen met electronen in het medium.
In dit geval lijkt het dat men het licht vertraagt door de afstand te vergroten, vergelijk met een rol opgerolde glasvezeldraad.

[Heegenees]

In het artikel wordt gesproken over een buffer, klopt het dat deze buffer moet worden opgebouwt omdat het licht extreem veel sneller gaat dan onze hardware het kan verwerken?

[dark.druicca]

ook, maar ook als een proces naar de cpu wordt gestuurd, maar de cpu is nog bezig met een opdracht, dan komt deze dit proces eerst in een buffer terrecht.

buffers worden ook gebruikt om de tragere hardware voorsprong te geven tegenover de cpu door gegevens al in te laden, om daarna door te sturen naar de cpu als de cpu klaar is.

[RocketKoen]

vergelijking met een diskette gaat niet eens op, aangezien een diskette de data voor lange tijd vast houd. Dit is meer een soort RAM.
dezelfde functionaliteit (voor electronen dan) kun je maken met 40 transistoren.
het moderne technieken kun je 40 transistoren makkelijk op een chipoppervlakte van 0,00001 mm2 krijgen.
dat is dus een dichtheid die 3000 keer zo groot is.

[SRI]

Denk dat ze de floppy als voorbeeld gebruikte omdat die gewoon heel weinig (relatief dan he) opslagruimte heeft en dit dus nog een stuk minder.

[Bonez0r]

Bovenstaande discussie over lichtsnelheid in vacuum dan wel in bepaalde media is imho irrelevant. De titel hier op tweakers is eigenlijk misleidend. Met vertragen wordt eigenlijk bedoeld tijdelijk opslaan.

Uit de bron:

When the optical waveguide is curved to form a ring, light is forced to circle multiple times, delaying its travel. The optical buffer device based on this simple concept can briefly store 10 bits of optical information within an area of 0.03 square millimeters.

Zie ook het plaatje. Licht wordt in cirkeltjes geleid en zo tijdelijk opgeslagen. De lineaire snelheid verandert daarbij niet als ik dat artikel goed begrijp.

[Verwijderd]

Volgens mij is mij altijd geleerd dat electriciteit zich met de snelheid van het licht verplaatst, als dat zo zou zijn snap ik de commotie niet helemaal

[Mano3m]

Bijna goed. Alleen heeft electriciteit een medium nodig om zich voort te planten. EM golven (is oa electriciteit) verplaatsen zich met de lichtsnelheid in de electriciteitskabel (metaal of halfgeleider). Dit is altijd langzamer dat de lichtsnelheid in vacuum.

Licht kan je wel in vacuum (op in lucht) in je chip laten bewegen en gaat dus altijd sneller.

[Verwijderd]

Bijna goed: het is de resulterende EM golf die zich met de lichtsnelheid in dat medium verplaatst, en niet de electronen zelf. Vergelijk het met de snelheid van geluid in een medium: de geluidsgolf verplaatst zich met ongeveer 1000 km/u voort, de individuele mediumdeeltjes blijven ter plaatse trillen.
Een belangrijke voorwaarde is hier dat het medium een golfgeleider is, zoals bv een coaxiale kabel. Een enkele koperdraad is geen golfgeleider!

[Verwijderd]

Ow wauw, dat scheelt dan 50% in snelheid. Lekker boeiend, dat is niet waar de grote winst vandaan moet komen. Het probleem met licht is ook nog eens dat de golflengte zo groot is (grofweg 1 micrometer) dat de componenten nooit zo klein zijn te maken als ze nu al zijn met de cmos-technologie. Licht en optische schakelingen zijn leuk en erg nuttig omdat de bandbreedte van licht zo groot is dat er over optische verbindingen veel meer data verstuurd kan worden dan over bijvoorbeeld een koperen kabel.

[Oxiounking]

Ik heb ooit het antwoord op de vraag 'Hoe snel gaat elektriciteit?' voor school moeten opzoeken. Na toen even snel te googlen kwam ik erachter dat elektriciteit ongeveer 200.000km/s door koper gaat. Een verschil van een kleine 100.000km/s

[Verwijderd]

De "traagheid" van computers komt toch door de "schakeltijd" in het silicium?
Is het idee van die "licht" computers niet juist dat je dat reduceert?

[Verwijderd]

Euhm heel leuke uitleg, en nu in mensentaal ... als ik dus goed snap heb je binnen x-jaren processors & geheugen die ipv op stroom op licht gaan werken ... gedaan met warmte problemen, beperkte snelheid, ....

Of zit ik er totaal naast?

[st18]

Ik zal deze retorische vraag even beantwoorden:

Het licht moet nog steeds opgewekt worden. Hier is nog steeds energie voor nodig, en of dit nou is via warmte, licht of stroom, je moet er nog altijd eerst iets instoppen, om er wat uit te krijgen. En bij energieomzetting gaat nou eenmaal vaak warmte verloren, dus de warmte problemen kunnen afnemen, maar weggaan helemaal....... ik denk het voorlopig nog niet. Tenzij er straks als er computers zijn die op licht werken, spaarlampcomputers komen... maar dat zie ik nog niet zo snel gebeuren

[koter84]

Owja, want leds geven nogal wat warmte af....

Als je een flinke LED naast je chippie zet heb je denk ik wel genoeg licht om een signaaltje of wat door je chippie te sturen.. dus in vergelijking met de huidige warmtes zal het wel een winst zijn...

[Verwijderd]

is dit niet heel erg interessant met het oog op holografische opslag?

[DLGandalf]

ja want dan zouden we in plaats van de nu gebruikte lasers, licht gaan gebruiken?!
nee vertel, waar denk je aan?