中佛羅里達(dá)大學(xué)的研究人員正在開(kāi)發(fā)新的光子材料，這些材料有朝一日可能被用來(lái)實(shí)現(xiàn)超快、低功率的光基計(jì)算。這種獨(dú)特的材料被稱(chēng)為拓?fù)浣^緣體，類(lèi)似于被翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的電線，絕緣體在里面，而電流沿著外部流動(dòng)。
為了避免今天越來(lái)越小的電路所遇到的過(guò)熱問(wèn)題，拓?fù)浣^緣體可以被納入電路設(shè)計(jì)中，以便在不產(chǎn)生熱量的情況下將更多的處理能力裝入特定的區(qū)域。
研究人員的最新研究于4月28日發(fā)表在《自然-材料》雜志上，提出了一種制造材料的全新工藝，該工藝?yán)昧霜?dú)特的鏈狀蜂巢晶格結(jié)構(gòu)。研究人員用激光在一塊二氧化硅上蝕刻了這種相連的蜂窩狀圖案，這種材料通常用于創(chuàng)建光子電路。
該設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)使研究人員能夠在不彎曲或拉伸光子線的情況下調(diào)節(jié)電流，而這是在電路中引導(dǎo)光的流動(dòng)，從而引導(dǎo)信息的需要。
新的光子材料克服了當(dāng)代拓?fù)湓O(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，這些設(shè)計(jì)提供了較少的功能和控制，同時(shí)通過(guò)最小化功率損失支持信息包更長(zhǎng)的傳播長(zhǎng)度。
研究人員設(shè)想，由雙態(tài)拓?fù)浣^緣體引入的新設(shè)計(jì)方法將導(dǎo)致脫離傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)，可以使基于光的計(jì)算技術(shù)離現(xiàn)實(shí)更近一步。
拓?fù)浣^緣體有朝一日也能帶來(lái)量子計(jì)算的進(jìn)步，因?yàn)樗鼈兊奶匦钥梢杂脕?lái)保護(hù)和駕馭脆弱的量子信息比特，從而使處理能力比今天的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快上億倍。研究人員利用先進(jìn)的成像技術(shù)和數(shù)值模擬證實(shí)了他們的發(fā)現(xiàn)。
加州大學(xué)光學(xué)和光子學(xué)學(xué)院的博士后研究員、該研究的主要作者Georgios Pyrialakos說(shuō)："雙態(tài)拓?fù)浣^緣體在光子電路的設(shè)計(jì)中引入了一個(gè)新的范式轉(zhuǎn)變，使光包的安全傳輸損失最小。"
該研究的下一步包括在晶格中加入非線性材料，這些材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)拓?fù)鋮^(qū)域的主動(dòng)控制，從而為光包創(chuàng)建定制的路徑，UCF光學(xué)和光子學(xué)學(xué)院的教授和研究的共同作者Demetrios Christodoulides表示。
該研究由美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局、海軍研究辦公室多學(xué)科大學(xué)倡議、空軍科學(xué)研究辦公室多學(xué)科大學(xué)倡議、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、西蒙斯基金會(huì)數(shù)學(xué)和物理科學(xué)部、W. M. 凱克基金會(huì)、美國(guó)-以色列兩國(guó)科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)研究基金會(huì)以及Alfried Krupp von Bohlen和Halbach基金會(huì)資助。
研究作者還包括羅斯托克大學(xué)的Julius Beck、Matthias Heinrich和Lukas J. Maczewsky；南加州大學(xué)的Mercedeh Khajavikhan；以及羅斯托克大學(xué)的Alexander Szameit。
Christodoulides在約翰霍普金斯大學(xué)獲得光學(xué)和光子學(xué)博士學(xué)位，并在2002年加入加州大學(xué)。Pyrialakos在希臘塞薩洛尼基亞里士多德大學(xué)獲得光學(xué)和光子學(xué)博士學(xué)位，并于2020年加入U(xiǎn)CF。
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