美國猶他大學的工程師在研制比現(xiàn)有機器快數(shù)百萬倍的下一代計算機和移動設(shè)備方面邁進了一大步：他們開發(fā)出了迄今最小的超緊湊型分光器，可將光波劃分為兩個獨立的信息通道。這個新裝置使制造利用光而非電子來計算和傳輸數(shù)據(jù)的硅光子芯片更接近現(xiàn)實。19日的《自然·光子學》雜志對這一成果進行了描述。
“光是你可以用來傳遞信息的最快的事物，”猶他大學電氣和計算機工程副教授拉杰什·梅農(nóng)說，“但這些信息必須被轉(zhuǎn)換為電子才能進入你的筆記本電腦。而這種轉(zhuǎn)換會讓速度變慢。”
互聯(lián)網(wǎng)依靠光子攜帶信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)，一旦一個數(shù)據(jù)流抵達家庭或辦公室終端，光子必須先轉(zhuǎn)換為電子，路由器或計算機才能夠處理信息。如果數(shù)據(jù)流在計算機的處理器內(nèi)保持光的形態(tài)，就可能消除這個瓶頸。梅農(nóng)說：“我們的愿景是用光來完成這一切。計算速度最終可提高數(shù)百萬倍。”
為此，研究人員在硅芯片上創(chuàng)建了一個更小型的、看起來有點像條形碼的極化分光器，可將引導入射光拆分為二。之前的這種分光器大小超過了100×100微米，而梅農(nóng)的團隊采用了新算法來設(shè)計分光器，使其尺寸縮小到2.4×2.4微米，相當于人類發(fā)絲寬度的五十分之一，已經(jīng)接近物理尺度的極限，這使得單一芯片上集成的分光器數(shù)量有望達到數(shù)百萬個。
新型分光器的潛在優(yōu)勢并不止于提高計算機的處理速度。其設(shè)計使用的是現(xiàn)有的制造硅芯片的工藝，因此生產(chǎn)成本更低。此外，由于光子芯片“運送”的是光子而不是電子，內(nèi)置這種技術(shù)的移動設(shè)備，如智能手機或者平板電腦，將比現(xiàn)在能耗更低、電池壽命更長、產(chǎn)生的熱量更少。
硅光子學可顯著提高機器的能力和速度，比如用于超級計算機、數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器以及無人駕駛汽車和無人機專用的可檢測碰撞的計算機，并最終“走向”家用電腦和移動設(shè)備，改善從游戲到視頻流等應(yīng)用程序。目前英特爾和IBM等公司均在著力研發(fā)首個硅光子學超級計算機，但其仍將使用保持部分電子學的混合處理器。梅農(nóng)認為，他的分光器有望在三年內(nèi)應(yīng)用于這些計算機，而對連接速度要求更高的數(shù)據(jù)中心也可能很快采用這項技術(shù)。
下圖為應(yīng)用于硅光子芯片的新型分光器俯視圖，其大小僅為人類發(fā)絲寬度的五十分之一。