Room temperature, cascadable, all-optical polariton universal gates

逻辑门 光开关 或门 光学晶体管 晶体管 和大门 计算机科学 逆变器 电子线路 NOR门 异或门 物理 光电子学 光学计算 电子工程 与非门 工程类 光学 量子力学 电压
作者
Denis Sannikov,Anton V. Baranikov,Anton D. Putintsev,Mikhail Misko,Anton V. Zasedatelev,Ullrich Scherf,Pavlos G. Lagoudakis
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49690-3
摘要

Abstract Today, almost all information processing is performed using electronic logic circuits operating at several gigahertz frequency. All-optical logic holds the promise to allow for up to three orders of magnitude higher speed. Whereas essential all-optical transistor functionalities were demonstrated across a range of platforms, utilising them to implement a complete Boolean logic gate set and in particular negation, i.e. switching off an optical signal with another, weaker, optical signal, poses a major challenge. Here, we realize a cascadable NOT gate by introducing the concept of non-ground-state polariton amplification in organic semiconductor microcavities under non-resonant optical excitation. We unravel the importance of vibron-mediated stimulated scattering in room temperature operation of the inverter. Moreover, we extend the concept to a multi-input universal NOR logic gate, where in the presence of any of the input signals non-ground-state amplification supersedes spontaneous ground-state condensation, resulting in a NOR gate with ~1 ps switching time. The realisation of an ultrafast universal logic gate constitutes an essential step for more complex optical circuitry that could boost information processing applications.
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