光子，正在取代電子，成為主要的信息載體，成為計算機的核心！

2020-08-08 19:36 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

隨著人類對能源效率和帶寬需求的增加，光子正在成為計算機和電信信息處理的主要工具。光子已經(jīng)是通過光纖進行洲際通信的黃金標(biāo)準(zhǔn)，它正在取代電子，成為整個光網(wǎng)絡(luò)中的主要信息載體，

并進入計算機本身的核心，然而，要完成這一轉(zhuǎn)變，仍然存在大量的工程障礙。支持光的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硅電路比現(xiàn)代電子晶體管大一個數(shù)量級以上。

一種解決方案是使用金屬波導(dǎo)“壓縮”光，然而，這不僅需要新的制造基礎(chǔ)設(shè)施，而且光與芯片上的金屬相互作用方式意味著光子信息很容易丟失?，F(xiàn)在澳大利亞和德國科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種模塊化方法來設(shè)計納米級的設(shè)備，以幫助克服這些問題，將傳統(tǒng)芯片設(shè)計的精華與光子架構(gòu)結(jié)合在一個混合結(jié)構(gòu)中，其研究成果發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

來自悉尼大學(xué)納米研究所和物理學(xué)院的主要作者亞歷山德羅·圖尼茲博士說：我們在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硅光子系統(tǒng)和金屬波導(dǎo)之間搭建了一座橋梁，這種波導(dǎo)可以在保持效率的同時縮小100倍。這種混合方法允許在納米尺度上操縱光，單位是十億分之一米?？茖W(xué)家們已經(jīng)證明，可以在比攜帶信息的光的波長小100倍情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)操作。悉尼大學(xué)副教授斯特凡諾·帕隆巴(Stefano Palomba)表示：

這種效率和小型化對于將計算機處理轉(zhuǎn)變?yōu)榛诠獾奶幚碇陵P(guān)重要。它也將對量子光學(xué)信息系統(tǒng)的開發(fā)非常有用，量子光學(xué)信息系統(tǒng)是未來量子計算機一個有前景的平臺。斯特凡諾·帕隆巴是悉尼大學(xué)的合著者，也是悉尼納米的納米光子學(xué)領(lǐng)袖。最終，預(yù)計光子信息將遷移到任何現(xiàn)代計算機的核心CPU上，IBM已經(jīng)制定了這樣的愿景。

使用金屬的芯片上納米級器件(稱為“等離子體”器件)實現(xiàn)了傳統(tǒng)光子器件所不具備的功能。最值得注意的是，它們有效地將光壓縮到幾十億分之一米，從而實現(xiàn)了極大的增強、無干擾的光與物質(zhì)相互作用。同樣來自悉尼光子學(xué)和光學(xué)科學(xué)研究所的圖尼茲博士說：除了革命性的一般處理，這對納米光譜、原子尺度傳感和納米尺度探測器等專門的科學(xué)過程也非常有用。然而，由于依賴于特殊設(shè)計，它們的通用功能受到了阻礙。

研究已經(jīng)證明，兩種不同的設(shè)計可以結(jié)合在一起，以增強以前沒有什么特殊功能的普通芯片。這種模塊化方法允許芯片中的光偏振快速旋轉(zhuǎn)，并且由于這種旋轉(zhuǎn)，迅速允許納米聚焦到比波長小約100倍。悉尼大學(xué)光子學(xué)和光學(xué)科學(xué)研究所所長馬提金·德·斯特克教授說：信息處理的未來，很可能涉及使用金屬的光子，這種金屬能夠?qū)⒐鈮嚎s到納米級，并將這些設(shè)計集成到傳統(tǒng)的硅光子學(xué)中。