光子，正在取代電子，成為主要的信息載體，成為計算機的核心！

2020-10-18 博科園

文章來自：博科園官網（www.bokeyuan.net）

隨著人類對能源效率和帶寬需求的增加，光子正在成為計算機和電信信息處理的主要工具。光子已經是通過光纖進行洲際通信的黃金標準，它正在取代電子，成為整個光網絡中的主要信息載體，並進入計算機本身的核心，然而，要完成這一轉變，仍然存在大量的工程障礙。支持光的工業標準矽電路比現代電子電晶體大一個數量級以上。

一種解決方案是使用金屬波導「壓縮」光，然而，這不僅需要新的製造基礎設施，而且光與晶片上的金屬相互作用方式意味著光子信息很容易丟失。現在澳大利亞和德國科學家已經開發出一種模塊化方法來設計納米級的設備，以幫助克服這些問題，將傳統晶片設計的精華與光子架構結合在一個混合結構中，其研究成果發表在《自然通訊》期刊上。

來自雪梨大學納米研究所和物理學院的主要作者亞歷山德羅·圖尼茲博士說：我們在行業標準的矽光子系統和金屬波導之間搭建了一座橋梁，這種波導可以在保持效率的同時縮小100倍。這種混合方法允許在納米尺度上操縱光，單位是十億分之一米。科學家們已經證明，可以在比攜帶信息的光的波長小100倍情況下實現數據操作。雪梨大學副教授斯特凡諾·帕隆巴(Stefano Palomba)表示：

這種效率和小型化對於將計算機處理轉變為基於光的處理至關重要。它也將對量子光學信息系統的開發非常有用，量子光學信息系統是未來量子計算機一個有前景的平臺。斯特凡諾·帕隆巴是雪梨大學的合著者，也是雪梨納米的納米光子學領袖。最終，預計光子信息將遷移到任何現代計算機的核心CPU上，IBM已經制定了這樣的願景。

使用金屬的晶片上納米級器件(稱為「等離子體」器件)實現了傳統光子器件所不具備的功能。最值得注意的是，它們有效地將光壓縮到幾十億分之一米，從而實現了極大的增強、無幹擾的光與物質相互作用。同樣來自雪梨光子學和光學科學研究所的圖尼茲博士說：除了革命性的一般處理，這對納米光譜、原子尺度傳感和納米尺度探測器等專門的科學過程也非常有用。然而，由於依賴於特殊設計，它們的通用功能受到了阻礙。

研究已經證明，兩種不同的設計可以結合在一起，以增強以前沒有什麼特殊功能的普通晶片。這種模塊化方法允許晶片中的光偏振快速旋轉，並且由於這種旋轉，迅速允許納米聚焦到比波長小約100倍。雪梨大學光子學和光學科學研究所所長馬提金·德·斯特克教授說：信息處理的未來，很可能涉及使用金屬的光子，這種金屬能夠將光壓縮到納米級，並將這些設計集成到傳統的矽光子學中。

博科園｜研究/來自：雪梨大學

研究發表期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-020-16190-z

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