超快光學(xué)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(xué)家一直在嘗試打造與電子門對應(yīng)的光邏輯門。2022年12月9日發(fā)表在《科學(xué)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(xué)的研究員張毅（Yi Zhang，音）說，關(guān)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(zhuǎn)，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(dāng)輸入光束具有相同的手性，即旋向時，輸出是右旋的；當(dāng)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(xué)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(zhuǎn)換時間少于100飛秒，大約是電子門速度的100萬倍。此外，科學(xué)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(zhuǎn)換或電光轉(zhuǎn)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(shè)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(gòu)建復(fù)雜的多功能電路和網(wǎng)絡(luò)。

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(shè)備應(yīng)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(chǔ)的非線性光效應(yīng)的效率非常低。“好消息是，最近報道了幾種新材料，具有高非線性轉(zhuǎn)換效率?！彼f。

審核編輯：劉清