你敢想象光速运转的电脑是什么样吗？

站长资源 2024/11/24 佚名

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图片说明：上图展为硅光子芯片新型分束器，大小为头发直径的五分之一。图片来源：Dan Hixson/University of Utah College of Engineering

犹他州大学（University of Utah）的工程师们对下一代计算机和移动设备的研究取得了重大突破，此突破会使得计算机和移动设备提速几百万倍。

犹他州大学的工程师们开发出了一个超小型分束器，它是已知的最小分束器，能把光波分到两个不同的信息通道。这个设备使研究人员在制造硅光子芯片的研究上更进一步，该芯片用光而不是电子计算和传送数据。电气和计算机工程系的副教授Rajesh Menon和他的同事们在Nature Photonics上描述了这项发明。

硅光子能大大提升以下设备的功率和速度：超级计算机、数据中心服务器、以及用于碰撞检测操控自动车和无人机的专用计算机。最终这项技术将被应用到家用电脑和移动设备上，并且改善博彩和视频流在内的应用程序。

Menon说：“光是传送信息的最快媒介，但光传信息到笔记本时，信息必须被转化成电子，这个转换过程降低了传送速度，我们的目标是用光完成所有的工作。”

在互联网中，光子用光纤传送信息。但是，数据流到达家里或办公室后，光子必须转化为电子，这样路由器或电脑才能处理信息。如果数据流能以光的形式到达电脑处理器，就能打破这个瓶颈。

Menon说：“如果能在全部环节使用光子，计算机的速度能提高几百万倍。”

图片来源：Dan Hixson/University of Utah College of Engineering

为了实现这个目标，犹他州大学的工程师们在硅芯片上造出了更小的偏振分束器，这个分束器的外观类似条形码，能把导入的入射光线分入两个组件。以前，这种分束器的尺寸是100x100微米。Menon使用设计分束器的新算法把它的尺寸缩小到2.4x2.4微米，也就是人类头发直径的五分之一，这个大小已经接近物理极限。

为了用不同的方式引导光波，硅芯片上还需添加多种无源设备，分束器只是其中的一种。通过缩小它们的尺寸，研究人员能在一个芯片装满成千上万的设备。

本研究的潜在益处不只是提高处理速度，犹他州大学的设计生产成本低廉，因为它能使用现有的硅芯片制造技术；其次，因为光子芯片传送的是光子而不是电子，使用这种技术的智能手机和平板电脑等移动设备的功耗会更低，电池寿命更长，而且比现在的移动设备发热更少。

因特尔公司（Intel）和IBM正在开发首台硅光子超级计算机，这台计算机将使用混合处理器，即仅用一小部分电子处理信息，其余为光子处理信息。Menon认为他们的分束器将在三年内应用到这种计算机中，这项技术也能应用到更快速电脑间连接的数据中心上。（科学之家，译审：Y Li）

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2024年11月24日

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