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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

2022-06-22 14:45:43 来源:雷竞技急速体现 作者:雷竞技能不能玩 浏览量:6

  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》(Science Advances)。

  自从1958年第一个集成电路发明以来,在一个给定尺寸的电子芯片中装入更多的晶体管,成为了最大限度提高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专门硬件,以突破现有计算能力的界限,因此电子工程领域面临着一个重要问题:如何将更多功能封装到单个晶体管中?光具有一种可利用的特性,即不同波长的光不会相互影响,这也是光纤所用来传输并行数据的特性。同样,不同偏振的光也不会相互影响,因此每一种偏振都可以作为一个独立的信息通道,使更多的信息存储在多个通道中,极大地提高了信息密度。多年来,牛津大学材料系教授Harish Bhaskaran实验室的研究人员一直致力于研究这一问题:如何将光作为一种计算手段。“光子学相对于电子学的优势在于,光在大带宽下速度更快,功能更强。”论文第一作者、牛津大学材料系博士生June Sang Lee说道,“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。”

  前述研究团队与英国埃克塞特大学的C. David Wright教授合作开发了一种HAD(混合活性电介质)纳米线,使用了一种混合玻璃材料,其在光脉冲的照射下显示出可切换的材料属性。纳米线是一种具有在横向上被限制在100纳米以下(纵向没有限制)的一维结构。在这项研究中,每条纳米线都对特定的偏振方向产生了选择性的响应,团队因此可以借助不同方向的多个偏振,对信息进行同时处理。基于前述概念,研究团队开发出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,实现了与传统电子芯片相比提高几个数量级的计算密度,并利用由纳秒级光脉冲调制的纳米线,实现了更快的计算速度。

  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

  Bhaskaran教授表示,希望未来可以利用光提供的所有自由度(包括偏振在内),以极大化地并行处理信息。

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