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科学家研光开关可集成于硅芯片

时间:2020-03-17 20:29来源:游戏开发
可取代计算机铜导线的纳米光缆将问世 据外媒报道,美国国家标准暨技术研究院的研究人员与同事合作,研发出一种光开关,能够将光以20亿分之一秒的速度从一个计算机芯片传输至另

可取代计算机铜导线的纳米光缆将问世

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据外媒报道,美国国家标准暨技术研究院的研究人员与同事合作,研发出一种光开关,能够将光以20亿分之一秒的速度从一个计算机芯片传输至另一个计算机芯片,比任何其他类似设备都快。该紧凑型开关是首个能够在足够低的电压下运行的光开关,因而可集成至低成本的硅芯片上,并能以非常低的信号损耗重新改变光线的方向。

图片来源:www.kstcable.com

永利总站,该开关具有创纪录的性能,也是打造利用光线而不是电力处理信息的计算机的重要一步。依靠光线粒子 光子在计算机中传输数据有几大优势。首先,光子的速度比电子快,而且不会因为需要加热计算机组件而浪费能量,而管理废热正是提升计算机性能的一大阻碍。数十年来,光纤一直利用光信号在远距离传输信息,不过,光纤会占据太多空间,因而无法用于计算机芯片传输数据。

继变革数据传输速度和容量的光纤技术发明之后,加拿大阿尔伯塔大学的电子工程师打破了另一项障碍,近日成功设计了可在计算机芯片中取代铜导线的纳米光缆,可显著地提高计算速度并降低电子器件的能耗。这项研究工作得到了加拿大自然科学与工程理事会和亥姆霍兹阿尔伯塔计划的资助。

新型开关结合了纳米大小的金和硅光学元件、电子元件和机械元件,所有此类元件都被密集地封装在一起,能够将光从一个微型通道中导入并导出,改变光速并改变行进方向。一纳米是十亿分之一米,大约是人类头发宽度的十万分之一。

研究人员表示,目前已经能够利用光纤在不同地点间传输数据,而关键的应用是利用光纤实现芯片内部的信息互联。本项研究工作的目标是探索出把光限制在纳米尺度的全新路径。

该研究报告的合著者,NIST、苏黎世联邦理工学院和马里兰大学的Christian Haffner表示,该设备有无数应用。在无人驾驶汽车中,该开关可以迅速改变一束光的方向,让这束光必须同时继续扫描道路的所有部分,帮助无人驾驶汽车测量其与其他汽车和行人间的距离。该设备还可以在神经网络中,让更强大的光基电路取代电力电路。这些都是人工智能系统,能够在模式识别和风险管理等复杂任务中,模拟人类大脑中神经元做出决策的方式。

一项流行的解决方案是利用反射金属包层将光波限制在光缆中,但最大的障碍是光波会转化为热量,引起光缆温度的升高及信息的丢失。而加拿大研究人员设计了一种全新的非金融超材料,可在不产生热量、减弱信号或丢失数据的前提下把光波限制在纳米光缆中。目前,研究人员正在硅芯片上创建超材料,以超越当前工业界中使用的光波限制策略。

该项新技术还几乎不会使用能量来改变光信号的方向,该功能能够帮助实现量子计算。量子计算机会处理存储在特殊制备的亚原子粒子对之间微妙关系中的数据,而此类关系极其脆弱,要求计算机在超低温和低功耗下工作,粒子对受到的干扰越少越好。由于该新型光开关与以前的光开关不同,几乎不需能量,因而能够成为量子计算机的一部分。

《中国科学报》 (2014-10-14 第7版 制造)

Haffner与NIST的Vladimir Aksyuk和Henri Lezec表示,他们的发现将令科学界许多人吃惊,因为该成果与大家长期以来所相信的理论不符。有些研究人员认为,光电机械开关不实用,因为体积庞大,运行速度太慢而且对计算机芯片元件的电压要求过高,难以承受。

该开关利用了光的波动性,当两个相同的光波相遇时,可以叠加,让其中一个光波的波峰对齐或加强另一个光波的波峰,从而创造出一种称为相长干涉的明亮模式。两个光波如果不完全同步,其中一个光波的波谷就会抵消另一个光波的波峰,产生一种称为相消干涉的黑暗模式。

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