由SKOLTECH（俄羅斯斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究院）和IBM領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團(tuán)隊創(chuàng)造了一種極其節(jié)能的光開關(guān)，它可以取代操縱光子而不是電子的新一代計算機(jī)中的電子晶體管。除了直接省電之外，該開關(guān)不需要冷卻，而且速度非�？欤好棵�1萬億次操作，比當(dāng)今一流的商用晶體管快100到1000倍。這項研究發(fā)表在周三的《自然》雜志上。

這項研究的第一作者安東·扎瑟得特雷博士評論說：“新器件如此節(jié)能的原因在于它只需要幾個光子即可切換�！彼箍茽柨莆挚茖W(xué)技術(shù)研究院混合光子學(xué)實(shí)驗室負(fù)責(zé)人帕夫洛斯·拉格達(dá)吉斯教授補(bǔ)充道：“在實(shí)驗室中，我們在室溫下僅用一個光子就實(shí)現(xiàn)了切換。這就是說，在全光學(xué)聯(lián)合處理器中使用這種原理證明演示還有很長的路要走�！�

由于光子是自然界中存在的最小的光粒子，因此就功耗而言已沒有太大的改進(jìn)空間。大多數(shù)現(xiàn)代電子晶體管需要數(shù)十倍的能量來切換，而使用單個電子來達(dá)到可比效率的晶體管則要慢得多。

除了性能問題外，競爭性節(jié)能電子晶體管還往往需要龐大的冷卻設(shè)備，這反過來又會消耗功率并影響運(yùn)營成本。新開關(guān)則可在室溫下方便地工作，可以避免所有這些問題。

除了其類似晶體管的功能外，該開關(guān)亦可以作為一個組件，通過以光信號的形式在設(shè)備之間穿梭數(shù)據(jù)來進(jìn)行連接。它還可以用作放大器，將入射激光束的強(qiáng)度提高多達(dá)23000倍。

該設(shè)備依靠兩種激光將其狀態(tài)設(shè)置為"0"或"1"，并在它們之間切換�？刂迫醯募す馐�打開或關(guān)閉另一個更強(qiáng)的激光束。它只需要控制光束中的幾個光子，因此設(shè)備效率很高。

研究團(tuán)隊評論道：“我們還有一些工作要做，以降低器件的整體功耗，目前主要由保持開關(guān)開啟的泵浦激光器主導(dǎo)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑可能是鈣鈦礦超晶材料。由于它們較強(qiáng)的光耦合性質(zhì)，其已被證明是優(yōu)秀的候選者，可以超熒光的形式導(dǎo)致強(qiáng)大的集體量子響應(yīng)。”

從另一角度來看，研究人員認(rèn)為新開關(guān)也是他們過去幾年組裝的全光學(xué)組件工具包中的一個。它包括一個低損耗硅波導(dǎo)，用于在晶體管之間來回傳輸光信號。這些組件的發(fā)展使科學(xué)家距離操縱光子而不是電子的光學(xué)計算機(jī)更近了一步，從而帶來極其優(yōu)越的性能和更低的功耗。

相關(guān)鏈接：1.https://phys.org/news/2021-09-optical-transistor-lowest-energy.html

2.https://www.nature.com/articles/s41586-021-03866-9