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量子计算

光学开关可以极快地重新路由芯片之间的光

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研究人员 美国国家标准技术研究院(NIST) 已经开发出一种光开关,该光开关能够在20亿分之一秒内重新路由计算机芯片之间的光。新设备比任何其他类似设备都快,并且由于其低电压,它可以集成到低成本的硅芯片中。重定向光线时,芯片的信号损耗非常低。 

潜在的应用

新芯片将对计算产生重大影响,并将有助于开发一种计算机,该计算机使用光而不是电来处理信息。使用光子来传输数据有几个优点,包括更快的传输速度和能效。随着电力的使用,计算机组件被加热,这浪费了能量,并且限制了计算机的性能。 

新开发的交换机使用纳米级的金和硅光学,电气和机械组件。这些都密密麻麻地堆满了,它们使光进出通道。这会影响其速度和行进方向。  

该设备由NIST领导的国际团队在 科学。  

NIST,苏黎世联邦理工学院和马里兰大学的合著者克里斯蒂安·哈夫纳(Christian Haffner)表示,该交换机具有许多潜在的应用。它可用于无人驾驶车辆,以重定向扫描道路的光束,以测量与其他车辆和行人的距离。该开关还可以在神经网络内使用,利用功能更强大的基于光的电路而不是基于电的电路。 

新开关的主要优点之一是它使用很少的能量来重定向光信号,这在量子计算中可能非常重要。量子计算机在成对的亚原子粒子之间存在易碎的关系,这些亚原子粒子处理数据。由于其易碎的性质,计算机需要在极低的温度和低功率下运行,以使粒子对不受干扰。由于新开发的开关所需的能源少得多,因此可以证明它是量子计算的重要方面。 

挑战长期信念

根据哈夫纳及其NIST的同事弗拉基米尔·阿基苏克(Vladimir Akysuk)和亨利·莱泽克(Henri Lezec)的说法,新发现与科学界内许多长期存在的信念背道而驰。许多研究人员认为,这些类型的开关由于体积大而不实用,它们将在高电压下工作,从而导致性能下降。 

该装置包括一个称为波导的管状通道,光束在其内部传播。有一个匝道,其中一些光射入几纳米远的空腔中。 

该开关还利用了一个金膜,该金膜悬在硅盘上方几十纳米处,该硅盘上刻有空腔。当光线四处传播时,其中一些会泄漏并撞击膜。这种活动引起膜表面上的电子群振荡。振荡称为等离激元,它们是光波和电子波之间的混合。振荡电子具有较短的波长,使研究人员可以在纳米级距离上操纵等离激元。所有这些都使光开关保持极其紧凑。 

如果研究人员将硅片和金部件之间的间隙改变几纳米,混合光波的相位就会延迟或提前。当波的相位与在管状通道中传播的光重新组合时,两个光束会导致光被阻挡或沿其原始方向继续传播。这样可以将光线随意转移到其他任何计算机芯片上。 

该小组的下一步工作包括缩短硅片和金膜之间的距离,以使设备更小。这将有助于进一步减少信号损失,使该开关对不同行业更加有用。 

亚历克斯·麦克法兰(Alex McFarland)是一位历史学家和新闻工作者,报道了人工智能的最新发展。