超快光學計算現(xiàn)在能夠與傳統(tǒng)電路相連接。

用晶體管制造的邏輯門能夠進行“與”“或”“非”等運算。近幾十年來，科學家一直在嘗試打造與電子門對應的光邏輯門。2022年12月9日發(fā)表在《科學進展》雜志上的一項新研究讓我們距離光計算更近了，該研究還提出了一種很有前景的方法，將光計算與傳統(tǒng)電子電路相連接。

該論文的第一作者、芬蘭阿爾托大學的研究員張毅（Yi Zhang，音）說，關鍵是光的一個特性：手性。光線向前移動時，可以讓它像螺絲上的螺紋一樣運動，順時針或逆時針旋轉，形成右旋或左旋圓偏振。

為了建造光邏輯門，張毅和他的同事采用了一層二硫化鉬（一層鉬原子夾在兩層硫原子之間），并將其放在二氧化硅上。然后，研究人員向該邏輯門照射兩束光束。當輸入光束具有相同的手性，即旋向時，輸出是右旋的；當兩個輸入光束的手性不同時，輸出光束是左旋的。

這種新器件可以作為同或門。通過添加濾波器或其他光學元件，研究人員打造了與門、或門、或非門、異或門和與非門。這些邏輯門的轉換時間少于100飛秒，大約是電子門速度的100萬倍。此外，科學家們發(fā)現(xiàn)，只要向二硫化鉬施加電壓，就可對邏輯門實現(xiàn)高速電路控制。

“傳統(tǒng)的電計算和光計算之間的連接主要是通過低速且低效的光電轉換或電光轉換實現(xiàn)的。”張毅說，“我們展示了對手性光邏輯門的電路控制，實現(xiàn)了電計算與光計算之間直接互連令人激動的前景?！?/p>

此外，研究人員還表明，單個設備能夠同時運行多個邏輯門。張毅指出，以前的電邏輯門和光邏輯門通常一次只能執(zhí)行一種邏輯運算。他說，這些發(fā)現(xiàn)表明，同步多手性邏輯門能夠幫助構建復雜的多功能電路和網(wǎng)絡。

未來，研究人員希望在大規(guī)模電路中連接這些邏輯門，實現(xiàn)組件的操作“級聯(lián)”。雖然以前的光邏輯門在級聯(lián)時遇到了重大困難，但張毅表示，理論上，其團隊的設備應該沒有問題。

張毅指出，他們面臨的最大挑戰(zhàn)是邏輯門運算基礎的非線性光效應的效率非常低?！昂孟⑹牵罱鼒蟮懒藥追N新材料，具有高非線性轉換效率?！彼f。

審核編輯：劉清