光子，正在取代电子，成为主要的信息载体，成为计算机的核心！

随着人类对能源效率和带宽需求的增加，光子正在成为计算机和电信信息处理的主要工具。光子已经是通过光纤进行洲际通信的黄金标准，它正在取代电子，成为整个光网络中的主要信息载体，并进入计算机本身的核心，然而，要完成这一转变，仍然存在大量的工程障碍。支持光的工业标准硅电路比现代电子晶体管大一个数量级以上。

一种解决方案是使用金属波导“压缩”光，然而，这不仅需要新的制造基础设施，而且光与芯片上的金属相互作用方式意味着光子信息很容易丢失。现在澳大利亚和德国科学家已经开发出一种模块化方法来设计纳米级的设备，以帮助克服这些问题，将传统芯片设计的精华与光子架构结合在一个混合结构中，其研究成果发表在《自然通讯》期刊上。

来自悉尼大学纳米研究所和物理学院的主要作者亚历山德罗·图尼兹博士说：我们在行业标准的硅光子系统和金属波导之间搭建了一座桥梁，这种波导可以在保持效率的同时缩小100倍。这种混合方法允许在纳米尺度上操纵光，单位是十亿分之一米。科学家们已经证明，可以在比携带信息的光的波长小100倍情况下实现数据操作。悉尼大学副教授斯特凡诺·帕隆巴(Stefano Palomba)表示：

这种效率和小型化对于将计算机处理转变为基于光的处理至关重要。它也将对量子光学信息系统的开发非常有用，量子光学信息系统是未来量子计算机一个有前景的平台。斯特凡诺·帕隆巴是悉尼大学的合著者，也是悉尼纳米的纳米光子学领袖。最终，预计光子信息将迁移到任何现代计算机的核心CPU上，IBM已经制定了这样的愿景。

使用金属的芯片上纳米级器件(称为“等离子体”器件)实现了传统光子器件所不具备的功能。最值得注意的是，它们有效地将光压缩到几十亿分之一米，从而实现了极大的增强、无干扰的光与物质相互作用。同样来自悉尼光子学和光学科学研究所的图尼兹博士说：除了革命性的一般处理，这对纳米光谱、原子尺度传感和纳米尺度探测器等专门的科学过程也非常有用。然而，由于依赖于特殊设计，它们的通用功能受到了阻碍。

研究已经证明，两种不同的设计可以结合在一起，以增强以前没有什么特殊功能的普通芯片。这种模块化方法允许芯片中的光偏振快速旋转，并且由于这种旋转，迅速允许纳米聚焦到比波长小约100倍。悉尼大学光子学和光学科学研究所所长马提金·德·斯特克教授说：信息处理的未来，很可能涉及使用金属的光子，这种金属能够将光压缩到纳米级，并将这些设计集成到传统的硅光子学中。

博科园｜www.bokeyuan.net

博科园｜研究/来自：悉尼大学

研究发表期刊《自然通讯》

DOI: 10.1038/s41467-020-16190-z

博科园｜科学、科技、科研、科普

关注【博科园】看更多大美宇宙科学