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新纳米开关让光子在芯片间“跑得更快”

发布时间:2019/11/18 新技术

美国和瑞士研究人员开发出一种光学开关,让光能在20亿分之一秒内在芯片间移动,这一速度远超其他类似设备。研究人员称,这款紧凑型开关是首个能在足够低电压下运行的开关,因此可被集成到硅芯片上,并以极低信号损失改变光的方向,有望在量子计算机等领域“大显身手”。研究在线发表于《科学》杂志网站。

美国国家标准技术研究院(NIST)的研究人员称,这项研究朝着创建使用光而非电来处理信息的计算机迈出重要一步。与依靠电子进行通信相比,依靠光子在计算机内传输数据拥有多项优势。首先,光子跑得比电子快,并且不会因为加热计算机组件而浪费能量,可提升计算机的性能。数十年来,光纤使用光信号来远距离传输信息,但光纤占用空间太大,无法在计算机芯片间传输数据。

据物理学家组织网14日报道,在新的光学装置中,一束光被限制在一个管状的波导内传播,该波导拥有一个出口匝道,一些光可射入距匝道仅几纳米并被刻成磁盘的空腔中。该开关还拥有另一个关键组件:悬在硅盘上方几十纳米处的一层金膜。这些纳米金、硅光学、电学和力学组件紧密结合在一起,可引导光进出一个微型通道,改变其速度及行进方向。

研究合作者、NIST兼苏黎世联邦理工学院(ETH)的克里斯蒂安·哈夫纳指出,一些研究人员此前认为光—电—力学开关不切实际,因为它们“块头”大,操作速度慢且电压要求过高,计算机芯片的组件无法承受,但最新研制出的这款开关解决了上述问题。该设备的紧凑性设计,确保光信号损失仅为2.5%,而之前的开关为60%。

研究人员表示,该设备有望在无人驾驶、神经网络等多个领域“大显身手”。此外,新开关改变光信号时耗能极少,因此有望成为量子计算机不可或缺的一部分。

尽管目前科学家只研制出了模型,但其可用于商业领域。该团队现在正通过缩短硅片和金膜间的距离来使设备更小,这将进一步减少信号损失。

总编辑圈点

传统硅芯片曾创下摩尔定律的传奇。按照这个定律,大约每隔18到24个月,集成电路上的晶体管数目就会增加一倍,芯片的性能也随之提升一倍。但随着芯片越来越小,芯片上的晶体管数目越来越多,摩尔定律开始日益挑战极限。这就是为什么科研人员开始探索新型芯片,以便为芯片发展寻找新的突破点,光子芯片、量子芯片等等都在此列。这些新型芯片目前刚刚崭露头角,但未来可能颠覆整个芯片产业的生态。

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