研究表明，我們離在電腦中使用光芯片取代電芯片的那一天越來(lái)越近了。

最近發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)新研究指出，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的研究人員如何開發(fā)出一種光學(xué)開關(guān)，該開關(guān)可以使用納米級(jí)金和硅成分在計(jì)算機(jī)芯片之間重定向光。光線可以在20億分之一秒內(nèi)的時(shí)間在芯片內(nèi)通行，因此。..相當(dāng)快。

研究人員聲稱，這是到目前為止芯片之間rerouted 最快的信號(hào)，它可能會(huì)改變我們?cè)谀承┫到y(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方式。當(dāng)然，光子的傳播比電子快得多。使用光子傳輸數(shù)據(jù)還意味著計(jì)算機(jī)不會(huì)因電而發(fā)熱，用光代替電還會(huì)減少系統(tǒng)的能耗。

據(jù)介紹，這時(shí)候一種混合型納米光機(jī)電開關(guān)，該開關(guān)在集成光子電路上僅占約10平方微米。他們的開關(guān)是一個(gè)小的多層磁盤，它位于兩個(gè)光波導(dǎo)管之間的T形結(jié)處，該光波導(dǎo)管是直角相交的兩個(gè)透明的導(dǎo)光二氧化硅條。磁盤的頂層是一個(gè)四微米的40納米圓金膜，位于一小片氧化鋁上，該小片氧化鋁沉積在二氧化硅上。該結(jié)構(gòu)充當(dāng)與輸入和輸出波導(dǎo)諧振的彎曲波導(dǎo)，因此它可以在兩者之間傳遞諧振光。

二氧化硅波導(dǎo)中的光保留為光子，但在開關(guān)內(nèi)，光激發(fā)金中的表面電子振蕩，產(chǎn)生等離 激元 ，該等離激元以光波的頻率振動(dòng)，但在比光波長(zhǎng)小得多的光上振動(dòng)。在金和硅之間的氣隙中，能量的等離激元部分的嚴(yán)格限制產(chǎn)生了強(qiáng)烈的光電效應(yīng)，集中在開關(guān)的小體積中。

在沒(méi)有電壓施加到開關(guān)的情況下，等離子 波導(dǎo)與二氧化硅波導(dǎo)保持諧振，因此它以最小的損耗將光從輸入波導(dǎo)耦合到輸出波導(dǎo)。

向開關(guān)施加一個(gè)電壓會(huì)產(chǎn)生靜電，該電荷會(huì)將金膜拉向硅層，從而改變開關(guān)中波導(dǎo)的形狀，從而使光的相位偏移180度。這會(huì)在開關(guān)中造成相消干擾，破壞共振，并使光耦合到側(cè)波導(dǎo)中，因此，光會(huì)繼續(xù)通過(guò)輸入波導(dǎo)到達(dá)另一個(gè)開關(guān)。

研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)可以用于從量子計(jì)算到無(wú)人駕駛汽車再到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的所有領(lǐng)域。這是研究人員首次能夠開發(fā)出如此小巧的設(shè)備，該設(shè)備可以以這種方式有效地改變光線的方向。而在以前，人們認(rèn)為這只能使用較大的組件來(lái)完成。如果他們可以使設(shè)備尺寸再縮小一點(diǎn)（正在研究中），則可以將其用于商業(yè)產(chǎn)品上。

NIST的研究人員克里斯蒂安·哈夫納（Christian Haffner）告訴Inverse，該技術(shù)不會(huì)取代用電的計(jì)算機(jī)芯片，因?yàn)樵谀承┣闆r下，即使速度不是很快，用電來(lái)傳輸信息也會(huì)有好處。

光子非常適合通信，因?yàn)樗鼈円怨馑賯鞑ゲ⑶冶舜酥g和物質(zhì)之間的相互作用微弱，但是它們比芯片特征大得多，并且由于相互作用較弱，因此需要高壓來(lái)重定向它們。

電子要比光子小得多，并且相互作用要強(qiáng)得多，因此它們更適合開關(guān)和處理信號(hào)。但是，電子的移動(dòng)速度比光慢，并且需要更多的能量來(lái)移動(dòng)它們。

Haffner說(shuō)：“就像世界上的所有事物一樣，在某些應(yīng)用中使用一樣?xùn)|西，總比另一樣?xùn)|西好”。 “有了電，您可以很好地存儲(chǔ)信息。有光，速度很快。它到處傳播。不過(guò)將其限制在空間并存儲(chǔ)信息非常困難。”

哈夫納說(shuō)，未來(lái)我們也有可能創(chuàng)造出利用電力和光來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。他說(shuō)電子芯片可以保存和處理數(shù)據(jù)，而使用光進(jìn)行操作的芯片可以幫助加快某些功能。

到目前為止，研究人員已經(jīng)能夠構(gòu)建更大的設(shè)備來(lái)控制光，而這種設(shè)備可以按照在計(jì)算機(jī)芯片中使用光的方式來(lái)控制光，但是當(dāng)他們嘗試縮小尺寸時(shí)，會(huì)損失大量的光。從本質(zhì)上，因?yàn)樵诖诉^(guò)程中吸收了光。但哈夫納說(shuō)，他們的系統(tǒng)規(guī)模合適，不會(huì)遭受這種損失。

光纖通過(guò)光傳輸信息，但是它們太大了，無(wú)法在較小的設(shè)備中使用。該技術(shù)將允許使用光以很小的規(guī)模傳輸信息。

哈弗納說(shuō)：“光纖的目的只是將光從一個(gè)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪稽c(diǎn)?！?“這是一種非常長(zhǎng)距離的通信方式，但這只是被動(dòng)的一部分?！?/p>

哈夫納（Haffner）解釋說(shuō)，使用光纖，您無(wú)法像使用光纖系統(tǒng)一樣以多種不同方式來(lái)收集信息。它基本上只是從一個(gè)地方到另一個(gè)地方的直線。

該團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)項(xiàng)目是確保系統(tǒng)盡可能無(wú)損，并且他們將了解他們可以獲得多小的系統(tǒng)。哈夫納聲稱，該系統(tǒng)已經(jīng)足夠小，可以在此時(shí)使用，但是事情總會(huì)變得更小。