亚皮秒级速度的光子计算

范德堡大学的研究人员开发了一种下一代的超快速数据传输，这可能使“按需”高性能的计算成为可能。这项技术使用混合的硅-二氧化钒波导消除了数据流中的瓶颈，该波导可以在不到一万亿分之一秒的时间内打开和关闭光。

相关研究结果发布在《高级光学材料》杂志上，协作者Sharon Weiss，Cornelius Vanderbilt主席兼电气工程，物理，材料科学与工程教授以及Stevenson物理教授Richard Haglund率先先证明有可能实现每秒超过1 TB的数据速率单个渠道。通过加入少量的二氧化钒（一种超快切换相变材料）来创建混合硅芯片，以扩展硅光子学的功能。如图所示泵浦探针实验的示意图，显示了从左侧注入到波导中的1550 nm飞秒脉冲（亮蓝色）和在1670 nm处的门控飞秒脉冲（红色）从上方照亮了嵌入式VO2片段（绿色）。衰减的脉冲（淡蓝色）传播到检测器。

当另一个光脉冲撞击二氧化钒时，将光脉冲注入硅波导中，并有选择地关闭。关闭光脉冲然后再次打开的惊人速度，是二氧化钒的材料特性以及两个激光脉冲在二氧化钒中相互作用的持续时间的结果。

VINSE的负责人Weiss说： “这意味着当它在比计算机和手机内部相同材料制成的头发短的信息高速公路上行驶时，我们可以非常快地打开和关闭光。”

硅光子学（Silicon photonics）使用光脉冲代替电流脉冲来传输大量数据作为信息位（0和1）。数据可以被编码为光脉冲，并穿过光纤传输。当光脉冲到达其目的地时，光电探测器将光转换回电子数据信号。自从1980年代末开始进行硅光子学研究以来，这种方法已大大提高了计算机的处理速度和计算能力。如今，日常生活的几乎每个部分都具有在线或数字组件，因此改进光学计算技术已成为商业和工业技术的重要应用领域。

哈格隆德表示：“通过使用这种信息高速公路，我们可以比其他任何人更快地打开和关闭光，这意味着未来的计算机通过使用光，可能比现在的计算机运行速度更快，而且耗电量更少。”

Weiss和Haglund表示，实际实施这一创新的下一步将是优化二氧化钒组件的大小、形状和体积，并研究混合波导的替代配置。

相关链接：https://phys.org/news/2021-01-optical-sub-picosecond.html