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用光铺就计算机处理器的未来之路

admin| 2020-9-28 09:41

支持光的工业标准硅电路比现代电子晶体管大一个数量级以上。一种解决方案是使用金属波导来“压缩”光,但这不仅需要一个新的制造基础设施,而且光在芯片上与金属相互作用的方式也意味着光子信息很容易丢失。 ...
  

随着我们对能源效率和带宽需求的增加,光正逐渐成为计算机和电信中信息处理的主要工具。

光目前已经成为通过光纤进行洲际通信的黄金标准,它正在取代电子,成为整个光网络和计算机核心的主要信息载体。

然而,要完成这一转变,仍然存在着巨大的工程障碍。支持光的工业标准硅电路比现代电子晶体管大一个数量级以上。一种解决方案是使用金属波导来“压缩”光,但这不仅需要一个新的制造基础设施,而且光在芯片上与金属相互作用的方式也意味着光子信息很容易丢失。

现在,澳大利亚和德国的科学家已经开发出一种模块化的方法来设计纳米级器件,以帮助克服这些问题,将传统芯片设计的精华与混合结构中的光子结构相结合。他们的研究发表在近期的《自然通讯Nature Communications》杂志上。

悉尼大学纳米研究所和物理学院的主要作者Alessandro Tuniz博士说:“我们已经在工业标准硅光子系统和金属基波导之间建立了一座桥梁,这种波导在保持效率的同时可以缩小100倍。”。

这种混合方法允许在纳米尺度上操纵光,以十亿分之一米计。科学家们已经证明,他们可以实现比携带信息的光波长小100倍的数据处理。

“这种效率和微型化对于将计算机处理转变为基于光的处理至关重要。它也将在量子光学信息系统的开发中非常有用,这是未来量子计算机的一个很有希望的平台,”悉尼大学的合作者、悉尼纳米公司纳米光子学领导Stefano Palomba副教授说。

 “最终,我们预计光子信息将迁移到CPU,或任何现代计算机的核心。在IBM已经制定了这样的技术愿景。”

使用金属的片上纳米级器件(被称为“等离子”器件)可以实现传统光子器件所不允许的功能。最值得注意的是,它们有效地将光压缩到几十亿分之一米,从而实现了极大增强的、无干扰的、光与物质的相互作用。

悉尼光子学和光学科学研究所的Tuniz博士说:“除了革新一般的处理方法外,这对纳米光谱、原子尺度传感和纳米尺度探测器等专门的科学技术也是非常有用。”。

然而,它们的通用功能由于依赖于特殊设计而受到阻碍。

Tuniz博士说:“我们已经证明,两种不同的设计可以结合在一起,以增强以前没有什么特别之处的普通芯片的运行性能。”。

 这种模块化方法允许芯片中的光偏振快速旋转,并且,由于这种旋转,快速允许纳米聚焦小于波长的100倍。

Martijn de Sterke教授是悉尼大学光子学和光学科学研究所所长。他说:“信息处理的未来很可能涉及使用金属的光子,使我们能够将光压缩到纳米级,并将这些设计集成到传统的硅光子学中。”

来源:https://phys.org/news/2020-05-fantastic-path-faster-smaller-processors.html


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