首个使用偏振的光子计算处理器面世:计算密度更高,速度更快

今日热点 2022-06-21 13:50 23

摘要:近日,牛津大学研究人员开发出一种使用光的偏振,以实现最大化信息存储密度的光子计算处理器。相关成果发表在《科学进展》(ScienceAdvances)。图片来自...

最近,全球共有103家灯塔工厂 中国占比37座牛天津大学的研究人员开发了一种光子计算处理器,它利用光的偏振来最大限度地提高信息存储密度。相关结果发表于《科学进展》(科学进展)。图片来自牛津大学

图片来自天津牛大学

自1958年第一个集成电路发明以来,在给定尺寸的电子芯片中安装更多的晶体管,成为最大化计算密度的常用方法,即“摩尔定律”。然而,人工智能和机器学习需要特殊的硬件来突破现有计算能力的极限,因此电子工程领域面临一个重要问题:如何将更多的功能封装到单个晶体管中?

光有一个可用的特性,就是不同波长的光不会互相影响,这也是用来传输并行数据的光纤的特性。同样,不同偏振的光也不会互相影响,所以每一个偏振都可以作为一个独立的信息通道,这样就可以在多个通道中存储更多的信息,大大提高了信息密度。

多年来,牛,天津大学材料系教授Harish Bhaskaran实验室的研究人员一直在研究这个问题:如何计算光流行病在不久的将来的预期结束时间。

“光子学相对于电子学的优势在于,光在大带宽下速度更快、能量更大。”论文第一作者、牛,天津大学材料系博士生June Sang Lee说:“因此,我们的目标是充分利用光子技术与可调谐材料相结合的优势,实现更快、更密集的信息处理。”混合纳米线可根据偏振选择性地切换设备,图片来自牛津大学

混合纳米线可以根据偏振选择性地开关器件。图片来自天津牛大学。

前述研究小组与英国埃克塞特大学的C. David Wright教授合作,使用混合玻璃材料开发了HAD(混合有源电介质)纳米线,该材料在光脉冲的照射下显示出可切换的材料特性。纳米线是一种一维结构,在横向上限制在100纳米以下(在纵向上没有限制)。在这项研究中,每根纳米线都对特定的极化方向有选择性的响应,因此该团队可以在不同方向的多重极化的帮助下同时处理信息。

基于上述理念,研究团队开发了首个利用光偏振的光子计算处理器。光子计算通过多个偏振通道进行,比传统电子芯片提高了几个数量级的计算密度。由纳秒光脉冲调制的纳米线用于实现更快的计算速度。对混合活性电介质(HAD)纳米线进行偏振选择性切换,实现了并行光子计算,图片来自牛津大学

通过混合有源电介质(HAD)纳米线的偏振选择性开关实现并行光子计算。图片来自牛天津大学。

巴斯卡兰教授表示,希望在未来,光提供的所有自由度(包括偏振)都可以用来并行处理信息。

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