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·梅農說，“但這些信息必須被轉換為電子才能進入你的筆記本電腦。而這種轉換會讓速度變慢。”
互聯(lián)網依靠光子攜帶信息通過光纖網絡，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保持光的形態(tài)，就可能消除這個瓶頸。梅農說：“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，而梅農的團隊采用了新算法來設計分光器，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。其設計使用的是現(xiàn)有的制造硅芯片的工藝，因此生產成本更低。此外，由于光子芯片“運送”的是光子而不是電子，內置這種技術的移動設備，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”家用電腦和移動設備，改善從游戲到視頻流等應用程序。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。梅農認為，他的分光器有望在三年內應用于這些計算機，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。
下圖為應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。