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速度比晶体管快1000倍,新型单光子开关登上《Nature》


发布时间:2021/10/21   被阅览数:988 次   来源: 西安瑞意电子科技有限公司
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光处理器的频率会是THz,比晶体管的GHz快好多倍。

新型光学开关每秒钟的运行次数达到1万亿次,要比现在商用的顶级硅芯片快100到1000倍,这项研究未来或许可以催生出基于光而不是电的新一代计算机。

在如今人们应用最为广泛的计算机架构中,晶体管通过开和关两种状态表示数字0和1,用光开关代替传统晶体管的光计算机理论上可以比普通计算机运行更快,因为在常规条件下光子传播速度比电子要快很多倍。

在俄罗斯科学家的一项研究中,「光晶体管」是由夹在两个反射镜之间的35纳米宽的有机半导体聚合物薄膜组成的,其结果是形成了一个微小的空腔,旨在尽可能长时间地将射入光困在里面,以帮助它与空腔的材料耦合。

该设备的发光源是两个激光器,一个明亮的泵浦激光器和一个非常弱的种子激光器。当泵浦激光照射在微腔上时,它的光子可以与腔材料内的激子(电子与其带正电的对应物、空穴的结合)强烈耦合。这会产生一种被称为激子极化子的短寿命准粒子。

激子-极化子簇可以形成所谓的玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose–Einstein condensate),这是玻色子粒子在通常冷却到接近绝对零度时呈现出的一种气态的、超流性的物质状态,其中每个粒子的行为都像一个原子。从种子光束发出的光可以在两种可测量状态之间切换这种凝聚体,视作0或1。

新研究的重要之处在于,它不仅速度很快,而且平均只需输入一个光子就可以进行切换。相比之下,晶体管通常需要数十倍的能量来进行切换,而且使用单电子进行切换的速度也要慢很多。

该研究的论文《Single-photon nonlinearity at room temperature》已发表在近期的《自然》杂志上。


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