首個使用偏振的超快光處理器面世

科技日報北京6月19日電 （記者張夢然）據近日發表在《科學進展》上的一篇論文，英國牛津大學研究人員開發了一種使用光的偏振來實現最大化信息存儲密度的設備。新研究使用多個偏振通道展開了並行處理，計算密度比傳統電子芯片提高了幾個數量級。

自1958年第一塊集成電路發明以來，將更多晶體管封裝到特定尺寸的電子芯片中，一直是實現最大化計算密度的首選方法。然而，人工智能和機器學習需要專門的硬件突破現有計算的界限，因此電子工程領域面臨的主要問題是：如何將更多功能打包到單個晶體管中？

科學家已知不同波長的光不會相互影響，同樣，不同偏振的光也不會相互影響。因此，每個極化都可作為一個獨立的信息通道，使更多信息可存儲在多個通道中，這就大大提高了信息密度。

而光子學相對於電子學的優勢在於，光在大帶寬上速度更快，功能也更強大。新研究的目標就是充分利用光子學與可調諧材料相結合的這些優勢，實現更快、更密集的信息處理。

鑑於此，十多年來，牛津大學研究人員一直致力於使用光作為計算手段。團隊此次開發了一種HAD（混合活性電介質）納米線，該納米線使用一種混合玻璃材料，該材料在光脈衝照射時具有可切換的特性，每條納米線都顯示出對特定偏振方向的選擇性響應，因此可使用不同方向的多個偏振同時處理信息。

利用這個概念，研究人員開發出第一個利用光偏振的光子計算處理器。光子計算通過多個偏振通道進行，納米線則由納秒光脈衝調製，與傳統電子芯片相比，其計算速度更快，計算密度因此提高了幾個數量級。

研究人員表示，對於人們希望看到的未來願景來説，現在僅僅是個開始，這種偏振光子計算處理器結合了電子、非線性材料和複雜計算，已經是一個超級令人興奮的想法。

總編輯圈點

隨着傳統電子芯片尺寸越來越小，芯片上的晶體管數量接近極限，摩爾定律也日益逼近“天花板”。這些年，科學家和工程師們開始為芯片發展尋找新的“增長點”，利用光子計算便是思路之一。例如，2015年美國科學家研發出用光處理信息的光電子芯片，它依舊使用電子來計算，但是可以直接使用光來處理信息。上述成果則利用了光的偏振特性。這些研究都為芯片迭代升級提供了更多可能。