科技日?qǐng)?bào)北京11月15日電 （記者劉霞）美國(guó)和瑞士研究人員開發(fā)出一種光學(xué)開關(guān)，讓光能在20億分之一秒內(nèi)在芯片間移動(dòng)，這一速度遠(yuǎn)超其他類似設(shè)備。研究人員稱，這款緊湊型開關(guān)是首個(gè)能在足夠低電壓下運(yùn)行的開關(guān)，因此可被集成到硅芯片上，并以極低信號(hào)損失改變光的方向，有望在量子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域“大顯身手”。研究在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志網(wǎng)站。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的研究人員稱，這項(xiàng)研究朝著創(chuàng)建使用光而非電來處理信息的計(jì)算機(jī)邁出重要一步。與依靠電子進(jìn)行通信相比，依靠光子在計(jì)算機(jī)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)擁有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。首先，光子跑得比電子快，并且不會(huì)因?yàn)榧訜嵊?jì)算機(jī)組件而浪費(fèi)能量，可提升計(jì)算機(jī)的性能。數(shù)十年來，光纖使用光信號(hào)來遠(yuǎn)距離傳輸信息，但光纖占用空間太大，無法在計(jì)算機(jī)芯片間傳輸數(shù)據(jù)。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)14日?qǐng)?bào)道，在新的光學(xué)裝置中，一束光被限制在一個(gè)管狀的波導(dǎo)內(nèi)傳播，該波導(dǎo)擁有一個(gè)出口匝道，一些光可射入距匝道僅幾納米并被刻成磁盤的空腔中。該開關(guān)還擁有另一個(gè)關(guān)鍵組件：懸在硅盤上方幾十納米處的一層金膜。這些納米金、硅光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)組件緊密結(jié)合在一起，可引導(dǎo)光進(jìn)出一個(gè)微型通道，改變其速度及行進(jìn)方向。
研究合作者、NIST兼蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）的克里斯蒂安·哈夫納指出，一些研究人員此前認(rèn)為光—電—力學(xué)開關(guān)不切實(shí)際，因?yàn)樗鼈儭皦K頭”大，操作速度慢且電壓要求過高，計(jì)算機(jī)芯片的組件無法承受，但最新研制出的這款開關(guān)解決了上述問題。該設(shè)備的緊湊性設(shè)計(jì)，確保光信號(hào)損失僅為2.5%，而之前的開關(guān)為60%。
研究人員表示，該設(shè)備有望在無人駕駛、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)領(lǐng)域“大顯身手”。此外，新開關(guān)改變光信號(hào)時(shí)耗能極少，因此有望成為量子計(jì)算機(jī)不可或缺的一部分。
盡管目前科學(xué)家只研制出了模型，但其可用于商業(yè)領(lǐng)域。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正通過縮短硅片和金膜間的距離來使設(shè)備更小，這將進(jìn)一步減少信號(hào)損失。
總編輯圈點(diǎn)
傳統(tǒng)硅芯片曾創(chuàng)下摩爾定律的傳奇。按照這個(gè)定律，大約每隔18到24個(gè)月，集成電路上的晶體管數(shù)目就會(huì)增加一倍，芯片的性能也隨之提升一倍。但隨著芯片越來越小，芯片上的晶體管數(shù)目越來越多，摩爾定律開始日益挑戰(zhàn)極限。這就是為什么科研人員開始探索新型芯片，以便為芯片發(fā)展尋找新的突破點(diǎn)，光子芯片、量子芯片等等都在此列。這些新型芯片目前剛剛嶄露頭角，但未來可能顛覆整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的生態(tài)。