來源： 科技日報 作者： 劉霞
本報訊 據美國物理學家組織網6月30日報道，很多科學家一直希望能找到方法逃離由“電子”支配的計算系統，也提出了不少想法。日本和英國科學家最近則將寶壓在使用垂直空腔內的量子點制成的全光開關上。他們認為，全光開關有望用于超快的光通信系統中，能幫助光互聯取代目前計算機芯片之間傳輸數據的電子互聯，對芯片上的光學計算也非常有用。
日本神戶大學的物理學家金超元（音譯）和英國謝菲爾德大學的霍普金森攜手，在最新一期的《應用物理學快報》上提出了這個想法。金超元表示，全光開關用于互聯網路由器潛力巨大。首先，全球互聯網路由器的能耗非常大，而全光開關能減少能耗。傳統互聯網路由器使用了光—電—光接口，其將光子攜帶的信息傳給電子再轉給光子需要消耗額外的能量。而全光開關通過一束光直接控制另一束光，能減少光—電—光接口額外需要的能量。
另外，使用全光開關也有助于給計算機“瘦身”。使用光子互聯還能避免傳統電子互聯中出現的信息延遲和失真。全光開關沒有電子計算的一些缺陷，因此，有望克服電子芯片現有的瓶頸。
然而，高速光互聯設備面臨的最大問題是能耗。新的光子邏輯設備需要訪問光子材料高度非線性區域，要想實現芯片間以及芯片層面的光纖網絡，每個脈沖需要的能量應少于1皮焦（10—12焦耳）/字節，而現有大多數可被用來制造全光開關的材料都無法做到這一點。
研究人員演示了一個使用垂直空腔內的量子點制成的光子開關，每個字節所需要的操作能量僅為10—15焦耳，達到了要求。金超元解釋道，量子點能解決光子高能耗的問題。量子點的體積小，而且其具有類似于原子的屬性，因此，可產生高的光子非線性。
全光開關另外一個需要解決的問題是如何獲得較高的開關速度。現在的量子點開關的工作頻率僅為40兆字節/秒，而實用的工作頻率需要達到1太兆字節/秒。探測到量子點內部的相位轉變或能解決這個問題，同時實現低能耗和小尺寸。金超元認為，利用半導體量子點和相位轉移的光學開關可能有很多應用領域，其或許能被用來制造未來計算機使用的光學處理器，讓未來的計算機最終滿足很多科學家一直追尋的塊頭小、能耗低的要求。（劉霞）
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