最小分光器使硅光子芯片更接近现实

陈丹

美国犹他大学的工程师在研制比现有机器快数百万倍的下一代计算机和移动设备方面迈进了一大步：他们开发出了迄今最小的超紧凑型分光器，可将光波划分为两个独立的信息通道。这个新装置使制造利用光而非电子来计算和传输数据的硅光子芯片更接近现实。

光是可以用来传递信息的最快的物质，犹他大学电气和计算机工程副教授拉杰什·梅农说，但这些信息必须被转换为电子才能进入你的笔记本电脑。而这种转换会让速度变慢。互联网依靠光子携带信息通过光纤网络，一旦一个数据流抵达家庭或办公室终端，光子必须先转换为电子，路由器或计算机才能够处理信息。如果数据流在计算机的处理器内保持光的形态，就可能消除这个瓶颈。梅农说，我们的愿景是用光来完成这一切。计算速度最终可提高数百万倍。

为此，研究人员在硅芯片上创建了一个更小型的、看起来有点像条形码的极化分光器，可将引导入射光拆分为二。之前的这种分光器大小超过了100×100微米，而梅农的团队采用了新算法来设计分光器，使其尺寸缩小到2.4×2.4微米，相当于人类发丝宽度的五十分之一，已经接近物理尺度的极限，这使得单一芯片上集成的分光器数量有望达到数百万个。新型分光器的潜在优势并不止于提高计算机的处理速度。其设计使用的是现有的制造硅芯片的工艺，因此生产成本更低。此外，由于光子芯片“运送”的是光子而不是电子，内置这种技术的移动设备，如智能手机或者平板电脑，将比现在能耗更低、电池寿命更长、产生的热量更少。

硅光子学可显著提高机器的能力和速度，比如用于超级计算机、数据中心的服务器以及无人驾驶汽车和无人机专用的可检测碰撞的计算机，并最终“走向”家用电脑和移动设备，改善从游戏到视频流等应用程序。目前英特尔和IBM等公司均在着力研发首个硅光子学超级计算机，但其仍将使用保持部分电子学的混合处理器。梅农认为，他的分光器有望在三年内应用于这些计算机，而对连接速度要求更高的数据中心也可能很快采用这项技术。