用光做的处理器，比传统芯片快1000倍

由于电子开关的限制，传统计算机处理器几乎已经达到了“时钟速度”（衡量它们打开和关闭的速度）。寻求改进计算机处理器的科学家们对全光开关的潜力产生了兴趣，这是一种使用光代替电来控制数据在芯片上的处理和存储方式。

美国能源部 ( DOE )阿贡国家实验室和普渡大学的研究人员最近发明了一种新型全光开关，可以实现这一潜力。“以前的光学开关迭代具有固定的切换时间，这些时间在制造时就被限定到了设备中，”阿贡实验室的玛丽亚·格佩特·梅耶博士后研究员之一、在阿贡纳米材料中心工作的 Soham Saha 说道。

萨哈和他的同事用两种不同的材料制成了光开关，每种材料都有不同的切换时间。一种材料（铝掺杂氧化锌）的切换时间在皮秒范围内，而另一种材料（等离子体氮化钛）的切换时间则慢一百倍以上，在纳秒范围内。

“当你使用光学元件而不是电子电路时，就不存在电阻电容延迟，这意味着理论上你可以比传统计算机芯片快一千倍，”萨哈说。

萨哈表示，两种金属部件之间的切换时间差异意味着开关可以更加灵活，既可以快速传输数据，又可以有效地存储数据。开关的双金属性质意味着它可以用于多种用途，具体取决于您使用的光的波长，”他说。“当您想要较慢的应用程序（例如内存存储）时，您可以切换一种材料；对于更快的应用程序，您可以切换到另一个，这种能力是新的。”

在实验配置中，开关的材料用作光吸收器或反射器，具体取决于工作波长。当它们被光束打开时，它们会切换状态。

控制全光开关的速度对于优化其在各种应用中的性能至关重要。这些发现为增强型光纤通信、光计算和超快科学等领域开发高度适应性和高效的交换机带来了希望。

调整开关速度的能力也使我们更接近弥合光学和电子通信之间的差距，从而实现更快、更高效的数据传输。

这项研究为对全光开关的基本理解提供了宝贵的见解，并为计算和电信的先进设备的设计铺平了道路。

基于该研究的论文“利用快慢材料设计全光切换的时间动力学”发表在 9 月 21 日的《自然通讯》网络版上。除了萨哈之外，阿贡国家实验室的作者还包括本杰明·迪罗尔和理查德·沙勒。普渡大学的贡献者还有 Mustafa Goksu Ozlu、Sarah N. Chowdhury、Samuel Peana、Zhaxylyk Kudyshev、Zubin Jacob、Vladimir M. Shalaev、Alexander V. Kildishev 和 Alexandra Boltasseva。

该研究由美国能源部基础能源科学办公室、海军研究办公室和空军科学研究办公室资助 。

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