Með sprengilegum vexti upplýsinga og gagna, hafa ljósrænar samþættar hringrásir og flís meiri kröfur um ofurhraðan viðbragðstíma, ofurlítil stærð, ofurlítinn orkuþröskuld og mikinn samþættingarþéttleika. Ljóseinda samþætta hringrásin er samsett úr míkró/nano uppbyggingu og notar ljóseind í stað rafeinda sem upplýsingabera. Hefðbundnar ljósrænar samþættar rafrásir sem byggjast á von Neumann-líkum mannvirkjum nota aðallega reglubundnar eða reglubundnar mannvirki, svo sem örhringaómara, ljóseindakristalla (PC), yfirborðsplasmonskautanir (SPPs) og metamaterials, o.s.frv. Slík díselvirk mannvirki þurfa venjulega stóra stærð, sem veldur því að heildarstærð hringrásarinnar er stór, nær venjulega hundruðum míkrona. Þrátt fyrir að stærð SPP hringrása sé lítil, er gríðarlegt flutningstap þeirra enn gríðarlega erfitt að takmarka framkvæmd lítillar orkunotkunar. Til að átta sig á flóknum aðgerðum taka hefðbundin tæki venjulega upp ólínulegt efni. Hins vegar leiðir mótsögnin á milli ofurhraðrar svörunar og stórs ólínulegs stuðulls ólínulegra efna til mótsagnar milli ofurhraðrar svörunar og ofurlítilrar orkunotkunar. Hingað til er það enn gríðarleg áskorun að gera sér grein fyrir samþættri ljóseðlisrás með mikilli afköstum af mikilli þéttleika samþættingu, ofurhröðu svari og ofurlítilri orkunotkun.
Hefð er að hönnun ör/nano-tækja byggist aðallega á finite difference time domain method (FDTD) og finite element method (FEM) með því að leysa jöfnur maxwell, en aðferðirnar fela venjulega í sér langt ferli með endurteknum útreikningum til að hámarka burðarvirki. með því að stilla færibreytur nanóbygginga handvirkt, svo sem breidd bylgjuleiðaranna, þvermál loftgata og stærð örhringjanna o.s.frv. Andhverfa hönnunaraðferð, þar sem reiknirittækni er notað til að reikna út óþekkta sjónbyggingu eða fínstilla þekktar mannvirki út frá væntanlegir hagnýtir eiginleikar, henta betur fyrir hönnun og hagræðingu á sjón-ör/nano-mannvirkjum. Andhverfa hönnunaraðferðin getur hámarkað frammistöðu eins tækis eða auðgað virkni allrar hringrásarinnar, svo sem afkastamikil ristartengi, bylgjulengdardemultiplexer, aflskiptir, skautunargeislaskiptir osfrv. Andhverfa hönnunaraðferðin er hentugri fyrir hönnun og hagræðingu ljósrænna samþættra rafrása og er búist við að það muni brjótast í gegnum flöskuhálsinn á upplýsingavinnslugetu á flís.
Höfundar þessarar greinar lögðu til og sýndu í tilraunaskyni nálgun sem byggir á öfugri hönnunaraðferð til að átta sig á samþættri ljóseðlisrás með mikilli þéttleika, ofurhraða og ofurlítilli orkunotkun. Rannsóknarhópurinn bætti öfuga hönnunaralgrímið til að mæta kröfunni um að hámarka frammistöðu allrar hringrásarinnar. Kosturinn við reikniritið var tilvist samliggjandi sviði dreifingar. Samliggjandi aðferðin krafðist þess að rafstuðullinn „sleppti einu skrefi“ meðfram hallastefnunni, hallinn var reiknaður út í samræmi við hlutfallið og rafstuðullinn var endurtekinn meðfram hallastefnunni.
Hringrásin samanstóð af þremur tækjum með tveimur optískum rofum sem stjórna inntaksstöðu XOR rökfræðihliðs. Eiginleikastærð allrar hringrásarinnar var aðeins 2,5 μm × 7 μm og eins tækis var 2 μm × 2 μm. Fjarlægðin milli tveggja samliggjandi tækja var allt að 1,5 μm, innan bylgjulengdarkvarða. Með því að dreifa röskuðu nanóbyggingunum með öfughönnuninni var dreifing á sviðssviði merkjaljóss breytt. Þegar merki ljós inntak, getur það sent í gegnum óreglulega nanóbyggingar. Þegar stjórnljósið er inntak, er hamsvið tveggja ljósa samfellt yfir, sem breytti hamsviðsdreifingu merkjaljóssins og stjórnljóssins, þannig að merkjaljósið getur ekki borist í gegnum óreglulega nanóbyggingu. Fræðilegur viðbragðstími öfughönnunar al-sjónrofans var 100 fs og viðmiðunarorka stjórnljóssins var 10 fJ/bit, jafnt og merkjaljósinu fyrir aloptíska rofann. Viðbragðstími rökhliðsins var 20 fs. Rannsóknarhópurinn íhugaði einnig krosstalsvandann í gegnum allt hagræðingarferlið samþættu hringrásarinnar. Hringrásin samþætti ekki aðeins þrjú tæki heldur gerði sér einnig grein fyrir niðurstöðum tveggja stafa rökmerkja. Þetta verk veitir nýja hugmynd að hönnun ofurhraðrar, ofurlítilrar orkunotkunar og samþættrar ljóseðlisrásar með ofurmiklum þéttleika.
