使用超緊湊分束器以光速計算

猶他大學的工程師們在創造下一代計算機和移動設備方面邁出了一步，這些計算機和移動設備的速度比現有機器快了數百萬倍。

猶他州的工程師開發了一種超小型分束器 - 有記錄以來最小的 - 用于將光波分成兩個獨立的信息通道。該設備使研究人員更接近生產硅光子芯片，用光而不是電子計算和穿梭數據。電氣和計算機工程副教授Rajesh Menon及其同事今天在Nature Photonics雜志上描述了他們的發明。

硅光子學可以顯著提高機器的功率和速度，例如超級計算機，數據中心服務器以及引導自動駕駛汽車和無人機進行碰撞檢測的專用計算機。最終，該技術可以覆蓋家用電腦和移動設備，并改善從游戲到視頻流的應用。

“光是你用來傳遞信息的最快的東西，”梅農說。“但是當它進入你的筆記本電腦時，這些信息必須轉換為電子。在這種轉換中，你的速度會慢下來。目標是盡一切可能。” 光子通過光纖網絡在互聯網上傳輸信息。但是，一旦數據流到達家庭或辦公室目的地，在路由器或計算機處理信息之前，必須將光子轉換為電子。如果數據流在計算機處理器中仍然很輕，那么就可以消除這個瓶頸。

“憑借一切光明，計算最終可以快幾百萬倍，”梅農說。

為了做到這一點，U工程師在硅芯片上創建了一個小得多的偏振分束器(看起來有點像條形碼)，可以將引導的入射光分成兩個部分。之前，這樣的分束器超過100×100微米。由于采用了一種新的分離器設計算法，Menon的團隊將其縮小到2.4 x 2.4微米，或者是人發寬度的五十分之一，接近物理上可能的極限。

分束器只是放置在硅芯片上的多個無源器件之一，以不同方式引導光波。通過縮小它們的尺寸，研究人員將能夠在單個芯片上塞入數百萬個這樣的設備。

潛在的優勢超越了處理速度。猶他州團隊的設計生產成本低廉，因為它使用現有的制造技術來制造硅芯片。而且由于光子芯片穿梭光子而不是電子，使用這種技術制造的智能手機或平板電腦等移動設備消耗的電量更少，電池壽命更長，產生的熱量也比現有的移動設備少。

使用硅光子學的第一批超級計算機 - 已經在英特爾和IBM等公司開發 - 將使用仍然部分電子化的混合處理器。Menon相信他的分束器可以在大約三年內用于那些計算機。他說，需要在計算機之間建立更快連接的數據中心也可以很快實現這項技術。