陳丹

美國(guó)猶他大學(xué)的工程師在研制比現(xiàn)有機(jī)器快數(shù)百萬(wàn)倍的下一代計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備方面邁進(jìn)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(gè)獨(dú)立的信息通道。這個(gè)新裝置使制造利用光而非電子來(lái)計(jì)算和傳輸數(shù)據(jù)的硅光子芯片更接近現(xiàn)實(shí)。

光是可以用來(lái)傳遞信息的最快的物質(zhì)，猶他大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程副教授拉杰什·梅農(nóng)說(shuō)，但這些信息必須被轉(zhuǎn)換為電子才能進(jìn)入你的筆記本電腦。而這種轉(zhuǎn)換會(huì)讓速度變慢?；ヂ?lián)網(wǎng)依靠光子攜帶信息通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)，一旦一個(gè)數(shù)據(jù)流抵達(dá)家庭或辦公室終端，光子必須先轉(zhuǎn)換為電子，路由器或計(jì)算機(jī)才能夠處理信息。如果數(shù)據(jù)流在計(jì)算機(jī)的處理器內(nèi)保持光的形態(tài)，就可能消除這個(gè)瓶頸。梅農(nóng)說(shuō)，我們的愿景是用光來(lái)完成這一切。計(jì)算速度最終可提高數(shù)百萬(wàn)倍。

為此，研究人員在硅芯片上創(chuàng)建了一個(gè)更小型的、看起來(lái)有點(diǎn)像條形碼的極化分光器，可將引導(dǎo)入射光拆分為二。之前的這種分光器大小超過(guò)了100×100微米，而梅農(nóng)的團(tuán)隊(duì)采用了新算法來(lái)設(shè)計(jì)分光器，使其尺寸縮小到2.4×2.4微米，相當(dāng)于人類發(fā)絲寬度的五十分之一，已經(jīng)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(dá)到數(shù)百萬(wàn)個(gè)。新型分光器的潛在優(yōu)勢(shì)并不止于提高計(jì)算機(jī)的處理速度。其設(shè)計(jì)使用的是現(xiàn)有的制造硅芯片的工藝，因此生產(chǎn)成本更低。此外，由于光子芯片“運(yùn)送”的是光子而不是電子，內(nèi)置這種技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備，如智能手機(jī)或者平板電腦，將比現(xiàn)在能耗更低、電池壽命更長(zhǎng)、產(chǎn)生的熱量更少。

硅光子學(xué)可顯著提高機(jī)器的能力和速度，比如用于超級(jí)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器以及無(wú)人駕駛汽車和無(wú)人機(jī)專用的可檢測(cè)碰撞的計(jì)算機(jī)，并最終“走向”家用電腦和移動(dòng)設(shè)備，改善從游戲到視頻流等應(yīng)用程序。目前英特爾和IBM等公司均在著力研發(fā)首個(gè)硅光子學(xué)超級(jí)計(jì)算機(jī)，但其仍將使用保持部分電子學(xué)的混合處理器。梅農(nóng)認(rèn)為，他的分光器有望在三年內(nèi)應(yīng)用于這些計(jì)算機(jī)，而對(duì)連接速度要求更高的數(shù)據(jù)中心也可能很快采用這項(xiàng)技術(shù)。