來(lái)源： 科技日報 作者： 劉霞

    本報訊 據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)6月30日報道，很多科學(xué)家一直希望能找到方法逃離由“電子”支配的計算系統，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的量子點(diǎn)制成的全光開(kāi)關(guān)上。他們認為，全光開(kāi)關(guān)有望用于超快的光通信系統中，能幫助光互聯(lián)取代目前計算機芯片之間傳輸數據的電子互聯(lián)，對芯片上的光學(xué)計算也非常有用。 

    日本神戶(hù)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《應用物理學(xué)快報》上提出了這個(gè)想法。金超元表示，全光開(kāi)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(kāi)關(guān)能減少能耗。傳統互聯(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給光子需要消耗額外的能量。而全光開(kāi)關(guān)通過(guò)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(kāi)關(guān)也有助于給計算機“瘦身”。使用光子互聯(lián)還能避免傳統電子互聯(lián)中出現的信息延遲和失真。全光開(kāi)關(guān)沒(méi)有電子計算的一些缺陷，因此，有望克服電子芯片現有的瓶頸。

    然而，高速光互聯(lián)設備面臨的最大問(wèn)題是能耗。新的光子邏輯設備需要訪(fǎng)問(wèn)光子材料高度非線(xiàn)性區域，要想實(shí)現芯片間以及芯片層面的光纖網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)脈沖需要的能量應少于1皮焦（10—12焦耳）/字節，而現有大多數可被用來(lái)制造全光開(kāi)關(guān)的材料都無(wú)法做到這一點(diǎn)。

    研究人員演示了一個(gè)使用垂直空腔內的量子點(diǎn)制成的光子開(kāi)關(guān)，每個(gè)字節所需要的操作能量?jì)H為10—15焦耳，達到了要求。金超元解釋道，量子點(diǎn)能解決光子高能耗的問(wèn)題。量子點(diǎn)的體積小，而且其具有類(lèi)似于原子的屬性，因此，可產(chǎn)生高的光子非線(xiàn)性。

    全光開(kāi)關(guān)另外一個(gè)需要解決的問(wèn)題是如何獲得較高的開(kāi)關(guān)速度?，F在的量子點(diǎn)開(kāi)關(guān)的工作頻率僅為40兆字節/秒，而實(shí)用的工作頻率需要達到1太兆字節/秒。探測到量子點(diǎn)內部的相位轉變或能解決這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現低能耗和小尺寸。金超元認為，利用半導體量子點(diǎn)和相位轉移的光學(xué)開(kāi)關(guān)可能有很多應用領(lǐng)域，其或許能被用來(lái)制造未來(lái)計算機使用的光學(xué)處理器，讓未來(lái)的計算機最終滿(mǎn)足很多科學(xué)家一直追尋的塊頭小、能耗低的要求。（劉霞）  

    (科技日報)

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