科企岛：基于光的计算机可以超越传统的电子芯片设计

一种使用光而不是电的新型计算机可以更快地执行计算，使用更少的能量和更少的空间。

计算机芯片由数百万或数十亿个逻辑门组成。这些微小的组件执行最基本的操作，例如检查一位数据是否与另一位数据匹配。正是通过大量组合这些门，可以管理下载文件、播放视频或运行计算机游戏等任务。

张毅与光学电脑

传统的芯片通过传送电子来工作，但芬兰阿尔托大学的张毅和他的同事已经设法创造了与光执行相同功能的光学逻辑门。

以前已经创建了光学计算机，但它们涉及复杂的硬件并且仅限于某些应用程序。张说，这些新栅可以使用现有的制造技术由单层厚度仅为0.65纳米的二硫化钼晶体制成，并且可以设计为在小封装中执行通用任务。

由于光子在电路中的移动速度比电子快，这可以加快计算速度，并且因为它们也可以在没有阻力的情况下移动，因此它们可以使用更少的能量完成相同的工作。

该团队的方法使用圆偏振光。这涉及一个光波，它似乎围绕其行进轴旋转，顺时针或逆时针旋转。计算机中的传统位由正电荷或负电荷组成 - 用0或1表示 - 但在这种新的光学计算机中，位由顺时针偏振光或逆时针偏振光表示。

在光学计算机中，逻辑门由对这些偏振光束的旋转方向敏感的晶体材料制成。使用滤光片和其他组件，可以构建这些门以重建传统门。

该团队演示了工作光学门，这些门重新创建了称为XNOR，NOR，AND，XOR或和NAND的传统门，它们都对数据执行不同的操作。研究人员还表明，这些操作可以并行而不是串联地对数据进行，这可能会为大幅提高计算效率和速度铺平道路。

“我们希望未来可以制造全光学计算机，”张说。“最大的优势是光学芯片相对于传统芯片的超快速度。此外，光具有并行处理能力，能耗更低，而电子设备由于电阻而消耗的能量更多。

张说，未来的工作将研究如何使用光学逻辑门来创建混合经典和量子计算机或创建光量子逻辑门。这是因为量子计算研究的一个常见分支已经使用光子来传输数据。