นักวิจัยจาก MIT พัฒนาชิปรุ่นใหม่ที่ทำให้สามารถปลดปล่อยแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นด้วยการออกแบบพื้นผิวพิเศษที่เหมือนลายกระโดดสำหรับสกีซึ่งทำให้สามารถแสดงผลได้อย่างละเอียดมากยิ่งขึ้น
ชิป Photonic รุ่นใหม่นี้ใช้แสงในการประมวลผลข้อมูลแทนที่ไฟฟ้า ทำให้เกิดการสื่อสารที่รวดเร็วยิ่งขึ้นและมี Bandwidth ที่ทรงพลังยิ่งกว่าเก่า เปิดประตูสู่จอแสดงผลที่มีรายละเอียดสูงกว่าในยุคปัจจุบัน รวมถึงระบบ Lidar ที่เล็กลง, การพิมพ์ 3 มิติที่แม่นยำยิ่งขึ้น และ Quantum Computer ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น
ชิปที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใหม่นี้ใช้แถว (Array) ของโครงสร้าง Microscopic ที่มีการม้วนงอขึ้นด้านบนเหมือนกับลานกระโดดสกี โดยนักวิจัยได้ควบคุมการปลดปล่อยแสงอย่างระมัดระวังใน ซึ่งเป็นการปล่อยแสงจากโครงสร้างเล็กๆ นับพันเหล่านี้พร้อมกัน โดยโครงสร้างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ม้วนงอจากพื้นผิวชิปนั้นส่งผลให้เกิดเป็นจอแสดงผลที่ทันสมัย และเกิดการสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูง รวมถึง Quantum Computer ที่มีขนาดใหญ่ก็สามารถใช้งานได้อีกด้วย
นักวิจัยได้ใช้แพลตฟอร์มใหม่เพื่อแสดงให้เห็นถึงรายละเอียดและสีอันเต็มอิ่มของภาพที่เล็กกว่าเม็ดเกลือที่ใช้รับประทานกันกว่าครึ่ง ทำให้เหมาะสำหรับการพัฒนาแว่น AR ที่มีน้ำหนักเบาหรือจอแสดงงผลขนาดกะทัดรัด
เปลี่ยนการเดินทางของแสงผ่านสู่การควบคุมผ่าน Qubit
โดยปกติแล้วสำหรับชิป แสงจะเดินทางผ่านสายต่าง ๆ แต่เมื่อมองดูในโลกที่มีพื้นที่อิสระ แสงจะเดินทางอย่างไรก็ได้ตามที่ต้องการ การทำให้สองโลกสามารถตอบบสนองกันได้จึงกลายเป็นความท้าทายใหญ่ที่เกิดขึ้นมาอย่างยาวนานในโลกของอิเล็กทรอนิกส์ ด้วยแพลตฟอร์มใหม่ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาทำให้สามารถสร้างแสเลเซอร์ที่สามารถควบคุมได้อิสระนับพัน ซึ่งสามารถตอบสนองต่อโลกนอกชิปได้ในคราวเดียว
ความสำเร็จนี้เกิดขึ้นจาก Quantum Moonshot Program ที่ MIT ร่วมมือกับ มหาวิทยาลัย Colorado ที่ Boulder, MITRE Corporation และ Sandia Laboratories เพื่อพัฒนาแพลตฟอร์มการประมวลผล Quantum ที่ล้ำสมัยโดยใช้ Qubit ที่มีลักษณะคล้ายกับเพชรที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใน Englund Lab
Qubit เหล่านี้ถูกควบคุมโดยใช้แสงเลเซอร์ ซึ่งความท้าทายจึงตกไปอยู่กับประเด็นที่ว่าจะสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับ Qubit นับล้านพร้อมกันได้อย่างไร ซึ่งในความเป็นจริงแล้วเราไม่สามารถควบคุมแสงเลเซอร์นับล้านได้ แต่เราอาจจะต้องควบคุม Qubit นับล้านแทน นักวิจัยจึงต้องการอะไรบางอย่างที่สามารถยิงแสงเลเซอร์ไปยังพื้นที่อิสระได้และทำการสแกนกิจกรรมที่เกิดขึ้นในพื้นที่ขนาดใหญ่
กรรมวิธีดั้งเดิมที่มีอยู่ใช้ในการกระจายแสง (Broadcast) และควบคุมทิศทางแสงที่ออกจากชิป Photonic สามารถควบคุมแสงได้ไม่มากในครั้งเดียว และไม่สามารถขยับขยายเพิ่มให้ตอบสนองกับ Qubit นับล้านได้
หัวใจของเทคโนโลยีอยู่ที่กระบวนการผลิตแบบใหม่จากโครงสร้างวัสดุที่แตกต่างกัน
ในการพัฒนาแพตฟอร์มใหม่ที่รองรับการขยายได้ นักวิจัยได้ใช้เทคนิค Fabrication แบบใหม่ เพื่อสร้างชิป Photonic ด้วยโครงสร้างขนาดจิ๋วที่ม้วนงอขึ้นจากพื้นผิวชิปเพื่อส่องแสงเลเซอร์ไปยังพื้นที่อิสระ ซึ่งนักวิจัยสร้างโครงสร้างเหล่านี้โดยสร้างโครงสร้าง 2 ชั้นที่มีวัสดุแตกต่างกัน วัสดุแต่ละชนิดนั้นเกิดการขยายตัวเมื่อเย็นลงจากอุณหภูมิที่เกิดจาก Fabrication ได้แตกต่างกัน
ในแต่ละชั้นนั้นนักวิจัยได้ออกแบบให้มีรูปแบบผิวที่แตกต่างกัน ทำให้เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิขึ้น ความแตกต่างของความเครียด (Strain) ในวัสดุจะทำให้โครงสร้างทั้งหมดโค้งงอขึ้นเมื่อเย็นตัวลง
จริงๆ แล้วปรากฎการณ์นี้ไม่ใช่สิ่งใหม่ แต่เป็นปรากฎการณ์เดียวกับ Thermostat ที่ใช้ประโยชน์จากคอยล์ที่ประกอบด้วยวัสดุโลหัสองชนิดที่ม้วนงอและคลายตัวโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิห้องที่ส่งผลกระทบต่อระบบ HVAC
หนึ่งในความท้าทายสำคัญ คือ การรวมสองวัสดุที่มีความแตกต่างกันอย่าง Silicon Nitride และ Aluminium Nitride เข้าด้วยกันด้วยนวัตกรรมของ Fabrication เพื่อให้เส้นทางนำแสงในชิป (Waveguides Funnel Light) เชื่อมต่อกับโครงสร้างที่คล้ายกับลานกระโดดสกีได้ นักวิจัยได้ใช้ชุดข้อมูลของ Modulator เพื่อควบคุมแสงอย่างรวดเร็วและแม่นยำ
ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น คือ นักวิจัยสามารถกะจายสัญญาณแสงได้ในหลากหลายสีสันด้วยการปรับคลื่นความถี่ของแสง ปรับความหนาแน่นของรูปแบบแสงที่ถูกปล่อยออกมา กลายเป็นวาดภาพสีในพื้นที่อิสระด้วยแสง ซึ่งระบบดังกล่าวมีความเสถียรอย่างมากและไม่จำเป็นต้องปรับแก้ความผิดพลาดใดๆ ทั้งยังทำให้เกิดภาพที่มีความละเอียดสูง ยกตัวอย่างเช่น เทคนิคใหม่นี้สามารถแสดงผล 30,000 Pixel ได้ในพื้นที่ขนาดเดียวกันบนสมาร์ทโฟนที่ ณ วันนี้มีความละเอียดเพียง 2 Pixel เท่านั้น
นอกเหนือจากการแสดงผลภาพแล้ว การค้นพบใหม่นี้สามารถใช้กับ Quantum Computer ขนาดใหญ่ได้, ใช้ในการสร้าง Lidar ที่มีขนาดเล็กสำหรับการใช้ในหุ่นยนต์จิ๋ว รวมถึงใช้ในกระบวนการพิมพ์ 3 มิติในการสร้างชิ้นงานกลุ่มเรซิน ในการ Cure แต่ละชั้นระหว่างการพิมพ์ ความแม่นยำที่มีทำให้กระบวนการพิมพ์รวดเร็วยิ่งขึ้น และสร้างชิ้นงานที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นได้ง่าย
ที่มาข่าว:
MIT
