無需冷卻的新型超快光學開關問世

由俄羅斯斯科爾科沃科學技術研究院（SKOLTECH）和IBM公司領導的一個國際研究團隊創造了一種極其節能的光開關，它可以取代操縱光子而不是電子的新一代計算機中的電子電晶體。除了直接省電之外，該開關不需要冷卻，而且速度非常快：每秒1萬億次操作，比當今一流的商用電晶體快100到1000倍。研究發表於22日英國《自然》雜誌上。

該研究的第一作者安東·扎瑟得特雷博士評論說：“新器件如此節能的原因在於它只需要幾個光子即可切換。”斯科爾科沃科學技術研究院混合光子學實驗室負責人帕夫洛斯·拉格達吉斯教授補充道：“在實驗室中，我們在室溫下僅用一個光子就實現了切換。”

由於光子是自然界中存在的最小的光粒子，因此就功耗而言已沒有太大的改進空間。大多數現代電子電晶體需要數十倍的能量來切換，而除了效能問題，競爭性節能電子電晶體還往往需要龐大的冷卻裝置，這反過來又會消耗功率並影響運營成本。新開關則可在室溫下方便地工作，可以避免所有這些問題。

除了其類似電晶體的功能外，該開關亦可以作為一個元件，透過以光訊號的形式在裝置之間穿梭資料來進行連線。它還可以用作放大器，將入射鐳射束的強度提高多達23000倍。

研究團隊評論道：“我們還有一些工作要做，以降低器件的整體功耗，目前主要由保持開關開啟的泵浦鐳射器主導。實現這一目標的途徑可能是鈣鈦礦超晶材料。由於它們較強的光耦合性質，其已被證明是優秀的候選者，可以超熒光的形式導致強大的集體量子響應。”

從另一角度來看，研究人員認為新開關也是他們過去幾年組裝的全光學元件工具包中的一個。它包括一個低損耗矽波導，用於在電晶體之間來回傳輸光訊號。這些元件的發展使科學家距離操縱光子而不是電子的光學計算機更近了一步，從而帶來極其優越的效能和更低的功耗。

（記者張夢然）

來源： 科技日報