計算機速度可能每年都在提高，但如果用光脈沖而不是電流來代表它的二進制代碼1和0，將給計算速度帶來質(zhì)的飛躍。據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)9月10日報道，美國賓夕法尼亞大學(xué)研究人員用硫化鎘納米線制造出了第一個全光光子開關(guān)，并將其與邏輯門結(jié)合，而這是計算機芯片處理信息的基本組成部分。研究人員指出，這是光子學(xué)前沿領(lǐng)域的重要進展，未來有望帶來用光計算的光子計算機。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志上。
研究由該校工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)系副教授萊特斯·阿加瓦爾和研究生布賴恩·皮科尼共同指導(dǎo)。這一革新型開關(guān)以他們早期的研究為基礎(chǔ)。他們的早期研究顯示，硫化鎘納米線具有極強的光—物質(zhì)耦合性，用其操縱光線非常有效，而這種特性對開發(fā)納米光子電路至關(guān)重要。現(xiàn)有的光控制裝置非常笨重，而且所需能量比電子設(shè)備更多。
“對納米光子結(jié)構(gòu)而言，最大的難題是讓光線進入，再加以處理，然后讓它們出去。”阿加瓦爾說，“我們的主要創(chuàng)新就是解決了第一個問題，使納米線本身成為一種芯片上的光源。”
他們先在納米線上刻下精確的縫隙，然后在第一段納米線輸入足夠能量，這樣其底端和縫隙就會發(fā)出激光。由于開始時他們只用一根納米線，所以兩段的端口完全匹配，第二段能有效吸收并傳輸來自第一段的光。阿加瓦爾說：“當(dāng)?shù)诙谓拥郊す猓覀兙桶l(fā)出另外的光，并關(guān)閉納米線中正傳來的光。這樣它就成了一個開關(guān)。”
研究人員能檢測從第二段納米線端口發(fā)出的光的強度，以確保開關(guān)能有效表現(xiàn)邏輯裝置中所用的二進制狀態(tài)。他們把兩根納米線結(jié)合構(gòu)成“Y”型，成功構(gòu)建了一個與非門（表示在所有輸入為“1”時返回輸出為“0”）。這一與非門“功能完整”，如果以正確的順序輸入，它們能做任何類型的邏輯運算，因而構(gòu)成了通用計算機處理器的基礎(chǔ)。
“在未來，我們可能會看到‘消費電子產(chǎn)品’變成了‘消費光子產(chǎn)品’。”阿加瓦爾說，“這項研究表明這是可能的。”(新華網(wǎng))