美制造出首個(gè)納米線光子開(kāi)關(guān)為依靠光脈沖計(jì)算的光子計(jì)算機(jī)的誕生打下了基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)速度可能每年都在提高，但如果用光脈沖而不是電流來(lái)代表它的二進(jìn)制代碼1和0，將給計(jì)算速度帶來(lái)質(zhì)的飛躍。據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)9月10日?qǐng)?bào)道，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研究人員用硫化鎘納米線制造出了第一個(gè)全光光子開(kāi)關(guān)，并將其與邏輯門(mén)結(jié)合，而這是計(jì)算機(jī)芯片處理信息的基本組成部分。研究人員指出，這是光子學(xué)前沿領(lǐng)域的重要進(jìn)展，未來(lái)有望帶來(lái)用光計(jì)算的光子計(jì)算機(jī)。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志上。

研究由該校工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)系副教授萊特斯·阿加瓦爾和研究生布賴恩·皮科尼共同指導(dǎo)。這一革新型開(kāi)關(guān)以他們?cè)缙诘难芯繛榛A(chǔ)。他們的早期研究顯示，硫化鎘納米線具有極強(qiáng)的光—物質(zhì)耦合性，用其操縱光線非常有效，而這種特性對(duì)開(kāi)發(fā)納米光子電路至關(guān)重要?，F(xiàn)有的光控制裝置非常笨重，而且所需能量比電子設(shè)備更多。

“對(duì)納米光子結(jié)構(gòu)而言，最大的難題是讓光線進(jìn)入，再加以處理，然后讓它們出去?！卑⒓油郀栒f(shuō)，“我們的主要?jiǎng)?chuàng)新就是解決了第一個(gè)問(wèn)題，使納米線本身成為一種芯片上的光源?！?/p>

他們先在納米線上刻下精確的縫隙，然后在第一段納米線輸入足夠能量，這樣其底端和縫隙就會(huì)發(fā)出激光。由于開(kāi)始時(shí)他們只用一根納米線，所以兩段的端口完全匹配，第二段能有效吸收并傳輸來(lái)自第一段的光。阿加瓦爾說(shuō)：“當(dāng)?shù)诙谓拥郊す猓覀兙桶l(fā)出另外的光，并關(guān)閉納米線中正傳來(lái)的光。這樣它就成了一個(gè)開(kāi)關(guān)?！?/p>

研究人員能檢測(cè)從第二段納米線端口發(fā)出的光的強(qiáng)度，以確保開(kāi)關(guān)能有效表現(xiàn)邏輯裝置中所用的二進(jìn)制狀態(tài)。他們把兩根納米線結(jié)合構(gòu)成“Y”型，成功構(gòu)建了一個(gè)與非門(mén)（表示在所有輸入為“1”時(shí)返回輸出為“0”）。這一與非門(mén)“功能完整”，如果以正確的順序輸入，它們能做任何類(lèi)型的邏輯運(yùn)算，因而構(gòu)成了通用計(jì)算機(jī)處理器的基礎(chǔ)。

“在未來(lái)，我們可能會(huì)看到＇消費(fèi)電子產(chǎn)品’變成了＇消費(fèi)光子產(chǎn)品’?！卑⒓油郀栒f(shuō)，“這項(xiàng)研究表明這是可能的?！?/p>