北京
“我們構(gòu)建了一個完整的片上系統(tǒng)，能夠以極高精度生成、路由和讀取這些信息。”莫納什大學(xué)的李馳博士這樣描述他們團(tuán)隊(duì)的新成果。這個成果是一枚微型芯片，讓計(jì)算機(jī)用光代替電來處理信息，邁出了關(guān)鍵一步。
過去十多年，一種名為“谷自旋電子學(xué)”的技術(shù)路線一直備受關(guān)注。它想利用先進(jìn)材料內(nèi)部的量子“谷自由度”來存儲和處理信息，理論上能帶來更快的計(jì)算速度、更低的能耗和更強(qiáng)的通信能力。但一個難題橫在面前：從來沒有人成功把生成、操控和讀取光信號的所有核心功能，同時塞進(jìn)一個緊湊的平臺上。直到莫納什團(tuán)隊(duì)出現(xiàn)在《自然·光子學(xué)》的版面上。
這篇新論文展示了一種納米級電路。它能在同一枚芯片上，先產(chǎn)生經(jīng)過特殊編碼的光信號，再精確地給這些信號“指路”，最后把它們轉(zhuǎn)換成電信號。不同于依賴電子流動的傳統(tǒng)芯片，這套光子系統(tǒng)用光來運(yùn)載數(shù)據(jù)。光跑得更快，產(chǎn)熱更少，因此研究團(tuán)隊(duì)相信，未來光子技術(shù)有可能顯著提升數(shù)據(jù)中心、AI系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的處理速度，同時壓低能源開銷。
能夠做到這一切，靠的是將僅有幾個原子厚的超薄材料，與名為“超表面”的納米工程結(jié)構(gòu)結(jié)合起來。超表面能在小于頭發(fā)絲寬度的尺度上操控光線。共同第一作者邢凱健博士解釋說，團(tuán)隊(duì)采用了一種直接的堆疊方法來拼接這些材料，避開了以往直接在光子結(jié)構(gòu)上生長材料帶來的技術(shù)損傷。“我們利用簡單的堆疊方式，將超薄材料與超表面整合在一起，克服了技術(shù)難題，為谷自旋電子學(xué)鋪開了新路。”邢凱健說。
這套平臺的另一個重要籌碼是室溫運(yùn)行。許多實(shí)驗(yàn)性量子技術(shù)需要極低溫度才能工作，而莫納什的芯片不必把自己塞進(jìn)冰箱里。這意味著它離開實(shí)驗(yàn)室、走向真實(shí)場景時，少了一道高高的門檻。當(dāng)光開始替代電子，生成、操控和讀取都能在同一枚芯片上一步到位，那片用光編織的計(jì)算圖景，也就不再遙遠(yuǎn)。
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