來源： 科技日報(bào) 作者： 劉霞
本報(bào)訊 據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)6月30日報(bào)道，很多科學(xué)家一直希望能找到方法逃離由“電子”支配的計(jì)算系統(tǒng)，也提出了不少想法。日本和英國科學(xué)家最近則將寶壓在使用垂直空腔內(nèi)的量子點(diǎn)制成的全光開關(guān)上。他們認(rèn)為，全光開關(guān)有望用于超快的光通信系統(tǒng)中，能幫助光互聯(lián)取代目前計(jì)算機(jī)芯片之間傳輸數(shù)據(jù)的電子互聯(lián)，對芯片上的光學(xué)計(jì)算也非常有用。
日本神戶大學(xué)的物理學(xué)家金超元（音譯）和英國謝菲爾德大學(xué)的霍普金森攜手，在最新一期的《應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)》上提出了這個(gè)想法。金超元表示，全光開關(guān)用于互聯(lián)網(wǎng)路由器潛力巨大。首先，全球互聯(lián)網(wǎng)路由器的能耗非常大，而全光開關(guān)能減少能耗。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)路由器使用了光—電—光接口，其將光子攜帶的信息傳給電子再轉(zhuǎn)給光子需要消耗額外的能量。而全光開關(guān)通過一束光直接控制另一束光，能減少光—電—光接口額外需要的能量。
另外，使用全光開關(guān)也有助于給計(jì)算機(jī)“瘦身”。使用光子互聯(lián)還能避免傳統(tǒng)電子互聯(lián)中出現(xiàn)的信息延遲和失真。全光開關(guān)沒有電子計(jì)算的一些缺陷，因此，有望克服電子芯片現(xiàn)有的瓶頸。
然而，高速光互聯(lián)設(shè)備面臨的最大問題是能耗。新的光子邏輯設(shè)備需要訪問光子材料高度非線性區(qū)域，要想實(shí)現(xiàn)芯片間以及芯片層面的光纖網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)脈沖需要的能量應(yīng)少于1皮焦（10—12焦耳）/字節(jié)，而現(xiàn)有大多數(shù)可被用來制造全光開關(guān)的材料都無法做到這一點(diǎn)。
研究人員演示了一個(gè)使用垂直空腔內(nèi)的量子點(diǎn)制成的光子開關(guān)，每個(gè)字節(jié)所需要的操作能量僅為10—15焦耳，達(dá)到了要求。金超元解釋道，量子點(diǎn)能解決光子高能耗的問題。量子點(diǎn)的體積小，而且其具有類似于原子的屬性，因此，可產(chǎn)生高的光子非線性。
全光開關(guān)另外一個(gè)需要解決的問題是如何獲得較高的開關(guān)速度。現(xiàn)在的量子點(diǎn)開關(guān)的工作頻率僅為40兆字節(jié)/秒，而實(shí)用的工作頻率需要達(dá)到1太兆字節(jié)/秒。探測到量子點(diǎn)內(nèi)部的相位轉(zhuǎn)變或能解決這個(gè)問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低能耗和小尺寸。金超元認(rèn)為，利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)和相位轉(zhuǎn)移的光學(xué)開關(guān)可能有很多應(yīng)用領(lǐng)域，其或許能被用來制造未來計(jì)算機(jī)使用的光學(xué)處理器，讓未來的計(jì)算機(jī)最終滿足很多科學(xué)家一直追尋的塊頭小、能耗低的要求。（劉霞）
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