量子点全光开关有望让光互联取代电子互联

2011-7-04 09:34 来源: 中国科学院
960 收藏到BLOG

  据美国物理学家组织网6月30日报道,很多科学家一直希望能找到方法逃离由“电子”支配的计算系统,也提出了不少想法。日本和英国科学家最近则将宝压在使用垂直空腔内的量子点制成的全光开关上。他们认为,全光开关有望用于超快的光通信系统中,能帮助光互联取代目前计算机芯片之间传输数据的电子互联,对芯片上的光学计算也非常有用。

  日本神户大学的物理学家金超元(音译)和英国谢菲尔德大学的霍普金森携手,在最新一期的《应用物理学快报》上提出了这个想法。金超元表示,全光开关用于互联网路由器潜力巨大。首先,全球互联网路由器的能耗非常大,而全光开关能减少能耗。传统互联网路由器使用了光—电—光接口,其将光子携带的信息传给电子再转给光子需要消耗额外的能量。而全光开关通过一束光直接控制另一束光,能减少光—电—光接口额外需要的能量。

  另外,使用全光开关也有助于给计算机“瘦身”。使用光子互联还能避免传统电子互联中出现的信息延迟和失真。全光开关没有电子计算的一些缺陷,因此,有望克服电子芯片现有的瓶颈。

  然而,高速光互联设备面临的最大问题是能耗。新的光子逻辑设备需要访问光子材料高度非线性区域,要想实现芯片间以及芯片层面的光纤网络,每个脉冲需要的能量应少于1皮焦(10—12焦耳)/字节,而现有大多数可被用来制造全光开关的材料都无法做到这一点。

  研究人员演示了一个使用垂直空腔内的量子点制成的光子开关,每个字节所需要的操作能量仅为10—15焦耳,达到了要求。金超元解释道,量子点能解决光子高能耗的问题。量子点的体积小,而且其具有类似于原子的属性,因此,可产生高的光子非线性。

  全光开关另外一个需要解决的问题是如何获得较高的开关速度。现在的量子点开关的工作频率仅为40兆字节/秒,而实用的工作频率需要达到1太兆字节/秒。探测到量子点内部的相位转变或能解决这个问题,同时实现低能耗和小尺寸。金超元认为,利用半导体量子点和相位转移的光学开关可能有很多应用领域,其或许能被用来制造未来计算机使用的光学处理器,让未来的计算机最终满足很多科学家一直追寻的块头小、能耗低的要求。