首個(gè)使用偏振的超快光處理器面世

  ICC訊 據(jù)近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的一篇論文，英國(guó)牛津大學(xué)研究人員開發(fā)了一種使用光的偏振來(lái)實(shí)現(xiàn)最大化信息存儲(chǔ)密度的設(shè)備。新研究使用多個(gè)偏振通道展開了并行處理，計(jì)算密度比傳統(tǒng)電子芯片提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

  自1958年第一塊集成電路發(fā)明以來(lái)，將更多晶體管封裝到特定尺寸的電子芯片中，一直是實(shí)現(xiàn)最大化計(jì)算密度的首選方法。然而，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)需要專門的硬件突破現(xiàn)有計(jì)算的界限，因此電子工程領(lǐng)域面臨的主要問題是：如何將更多功能打包到單個(gè)晶體管中？

  科學(xué)家已知不同波長(zhǎng)的光不會(huì)相互影響，同樣，不同偏振的光也不會(huì)相互影響。因此，每個(gè)極化都可作為一個(gè)獨(dú)立的信息通道，使更多信息可存儲(chǔ)在多個(gè)通道中，這就大大提高了信息密度。

  而光子學(xué)相對(duì)于電子學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于，光在大帶寬上速度更快，功能也更強(qiáng)大。新研究的目標(biāo)就是充分利用光子學(xué)與可調(diào)諧材料相結(jié)合的這些優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更快、更密集的信息處理。

  鑒于此，十多年來(lái)，牛津大學(xué)研究人員一直致力于使用光作為計(jì)算手段。團(tuán)隊(duì)此次開發(fā)了一種HAD（混合活性電介質(zhì)）納米線，該納米線使用一種混合玻璃材料，該材料在光脈沖照射時(shí)具有可切換的特性，每條納米線都顯示出對(duì)特定偏振方向的選擇性響應(yīng)，因此可使用不同方向的多個(gè)偏振同時(shí)處理信息。

  利用這個(gè)概念，研究人員開發(fā)出第一個(gè)利用光偏振的光子計(jì)算處理器。光子計(jì)算通過多個(gè)偏振通道進(jìn)行，納米線則由納秒光脈沖調(diào)制，與傳統(tǒng)電子芯片相比，其計(jì)算速度更快，計(jì)算密度因此提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

  研究人員表示，對(duì)于人們希望看到的未來(lái)愿景來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在僅僅是個(gè)開始，這種偏振光子計(jì)算處理器結(jié)合了電子、非線性材料和復(fù)雜計(jì)算，已經(jīng)是一個(gè)超級(jí)令人興奮的想法。

  總編輯圈點(diǎn)

  隨著傳統(tǒng)電子芯片尺寸越來(lái)越小，芯片上的晶體管數(shù)量接近極限，摩爾定律也日益逼近“天花板”。這些年，科學(xué)家和工程師們開始為芯片發(fā)展尋找新的“增長(zhǎng)點(diǎn)”，利用光子計(jì)算便是思路之一。例如，2015年美國(guó)科學(xué)家研發(fā)出用光處理信息的光電子芯片，它依舊使用電子來(lái)計(jì)算，但是可以直接使用光來(lái)處理信息。上述成果則利用了光的偏振特性。這些研究都為芯片迭代升級(jí)提供了更多可能。