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新研發(fā)的光子材料可以實現(xiàn)超快的光基計算

2022-06-20 11:32:26來源：cnBeta.COM 閱讀量：146 評論

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導(dǎo)讀：新的光子材料克服了當(dāng)代拓撲設(shè)計的缺點，這些設(shè)計提供了較少的功能和控制，同時通過最小化功率損失支持信息包更長的傳播長度。

　　中佛羅里達大學(xué)的研究人員正在開發(fā)新的光子材料，這些材料有朝一日可能被用來實現(xiàn)超快、低功率的光基計算。這種獨特的材料被稱為拓撲絕緣體，類似于被翻轉(zhuǎn)過來的電線，絕緣體在里面，而電流沿著外部流動。
 
　　為了避免今天越來越小的電路所遇到的過熱問題，拓撲絕緣體可以被納入電路設(shè)計中，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，該工藝利用了獨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)計的節(jié)點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，從而引導(dǎo)信息的需要。
 
　　新的光子材料克服了當(dāng)代拓撲設(shè)計的缺點，這些設(shè)計提供了較少的功能和控制，同時通過最小化功率損失支持信息包更長的傳播長度。
 
　　研究人員設(shè)想，由雙態(tài)拓撲絕緣體引入的新設(shè)計方法將導(dǎo)致脫離傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)，可以使基于光的計算技術(shù)離現(xiàn)實更近一步。
 
　　拓撲絕緣體有朝一日也能帶來量子計算的進步，因為它們的特性可以用來保護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)計算機快上億倍。研究人員利用先進的成像技術(shù)和數(shù)值模擬證實了他們的發(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："雙態(tài)拓撲絕緣體在光子電路的設(shè)計中引入了一個新的范式轉(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，這些材料可以實現(xiàn)對拓撲區(qū)域的主動控制，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。
 
　　該研究由美國國防部高級研究計劃局、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、美國國家科學(xué)基金會、西蒙斯基金會數(shù)學(xué)和物理科學(xué)部、W. M. 凱克基金會、美國-以色列兩國科學(xué)基金會、美國空軍研究實驗室、德國研究基金會以及Alfried Krupp von Bohlen和Halbach基金會資助。
 
　　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UCF。
 
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