轻巧,梦幻:更快,更小尺寸的计算机处理器的未来之路

随着我们对能源效率和带宽的需求不断增加,光正成为计算机和电信中信息处理的主要工具。

光子已经成为通过光纤进行洲际通信的金标准,光子已取代电子,成为整个光学网络乃至计算机自身心脏的主要信息载体。

但是,要完成此转换,仍然存在大量工程障碍。支持光的行业标准硅电路比现代电子晶体管大一个数量级。一种解决方案是使用金属波导“压缩”光-但是,这不仅需要新的制造基础设施,而且还需要光与芯片上的金属相互作用的方式,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们已经开发出一种模块化方法来设计Nano级器件,以帮助克服这些问题,将传统芯片设计的最佳特性与光子架构相结合,形成了混合结构。他们的研究今天发表在《自然通讯》上。

悉尼大学Nano研究所和物理学院的主要作者亚历山德罗·图尼兹博士说:“我们在行业标准的硅光子系统和金属波导之间架起了一座桥梁,可以将其制造出的尺寸缩小100倍,同时又保持了效率。”

这种混合方法允许对Nano级的光进行操作,以十亿分之一米为单位。科学家表明,他们可以以比承载信息的光波长小100倍的波长来实现数据处理。

斯特凡诺·帕隆巴(Stefano Palomba)副教授说:“这种效率和小型化在将计算机处理转换为基于光的过程中必不可少。它在开发量子光学信息系统(对未来的量子计算机很有希望的平台)中也将非常有用。” ,是悉尼大学的合著者和Sydney Nano的Nano光子学负责人。

“最终,我们希望光子信息能够迁移到CPU,这是任何现代计算机的核心。IBM已经制定了这样的愿景。”

使用金属的芯片上Nano级设备(称为“等离子”设备)具有常规光子设备所不能提供的功能。最值得注意的是,它们有效地将光压缩到十分之几米,从而实现了极大增强的,无干扰的光与物质的相互作用。

悉尼光子与光学科学研究所的Tuniz博士说:“这不仅革新了通用工艺,而且对诸如Nano光谱,Atom级传感和Nano级探测器之类的专业科学工艺也非常有用。”

但是,它们的通用功能受到对临时设计的依赖的阻碍。

Tuniz博士说:“我们已经证明,可以将两个独立的设计结合在一起,以增强以前没有做过的特殊处理芯片。”

这种模块化的方法可以使芯片中的偏振光快速旋转,并且由于这种旋转,可以使Nano聚焦迅速降低到波长的100倍以下。

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:“信息处理的未来可能会涉及使用金属的光子,这将使我们能够将光压缩到Nano级,并将这些设计集成到传统的硅光子学中。”

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