新型光学开关：无需冷却，让计算机速度提升1000倍！

由SKOLTECH（俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院）和IBM领导的一个国际研究团队创造了一种极其节能的光开关，它可以取代操纵光子而不是电子的新一代计算机中的电子晶体管。除了直接省电之外，该开关不需要冷却，而且速度非常快：每秒1万亿次操作，比当今一流的商用晶体管快100到1000倍。这项研究发表在周三的《自然》杂志上。

这项研究的第一作者安东·扎瑟得特雷博士评论说：“新器件如此节能的原因在于它只需要几个光子即可切换。”斯科尔科沃科学技术研究院混合光子学实验室负责人帕夫洛斯·拉格达吉斯教授补充道：“在实验室中，我们在室温下仅用一个光子就实现了切换。这就是说，在全光学联合处理器中使用这种原理证明演示还有很长的路要走。”

由于光子是自然界中存在的最小的光粒子，因此就功耗而言已没有太大的改进空间。大多数现代电子晶体管需要数十倍的能量来切换，而使用单个电子来达到可比效率的晶体管则要慢得多。

除了性能问题外，竞争性节能电子晶体管还往往需要庞大的冷却设备，这反过来又会消耗功率并影响运营成本。新开关则可在室温下方便地工作，可以避免所有这些问题。

除了其类似晶体管的功能外，该开关亦可以作为一个组件，通过以光信号的形式在设备之间穿梭数据来进行连接。它还可以用作放大器，将入射激光束的强度提高多达23000倍。

该设备依靠两种激光将其状态设置为"0"或"1"，并在它们之间切换。控制弱的激光束打开或关闭另一个更强的激光束。它只需要控制光束中的几个光子，因此设备效率很高。

研究团队评论道：“我们还有一些工作要做，以降低器件的整体功耗，目前主要由保持开关开启的泵浦激光器主导。实现这一目标的途径可能是钙钛矿超晶材料。由于它们较强的光耦合性质，其已被证明是优秀的候选者，可以超荧光的形式导致强大的集体量子响应。”

从另一角度来看，研究人员认为新开关也是他们过去几年组装的全光学组件工具包中的一个。它包括一个低损耗硅波导，用于在晶体管之间来回传输光信号。这些组件的发展使科学家距离操纵光子而不是电子的光学计算机更近了一步，从而带来极其优越的性能和更低的功耗。

相关链接：1.https://phys.org/news/2021-09-optical-transistor-lowest-energy.html

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