首个使用偏振的光子计算处理器面世：计算密度更高，速度更快

澎湃新闻记者 王蕙蓉

近日，速度更快牛津大学研究人员开发出一种使用光的首个使用世计算密偏振，以实现最大化信息存储密度的偏振光子计算处理器。相关成果发表在《科学进展》（Science Advances）。光度更

图片来自牛津大学

自从1958年第一个集成电路发明以来，计算在一个给定尺寸的处理电子芯片中装入更多的晶体管，成为了最大限度提高计算密度的器面常用方法，即“摩尔定律”。速度更快然而，首个使用世计算密人工智能和机器学习需要专门硬件，偏振以突破现有计算能力的光度更界限，因此电子工程领域面临着一个重要问题：如何将更多功能封装到单个晶体管中？计算

光具有一种可利用的特性，即不同波长的处理光不会相互影响，这也是器面光纤所用来传输并行数据的特性。同样，速度更快不同偏振的光也不会相互影响，因此每一种偏振都可以作为一个独立的信息通道，使更多的信息存储在多个通道中，极大地提高了信息密度。

多年来，牛津大学材料系教授Harish Bhaskaran实验室的研究人员一直致力于研究这一问题：如何将光作为一种计算手段。

“光子学相对于电子学的优势在于，光在大带宽下速度更快，功能更强。”论文第一作者、牛津大学材料系博士生June Sang Lee说道，“因此我们的目标是充分利用光子技术与可调谐材料相结合的优势，实现更快、更密集的信息处理。”

混合纳米线可根据偏振选择性地切换设备，图片来自牛津大学

前述研究团队与英国埃克塞特大学的C． David Wright教授合作开发了一种HAD（混合活性电介质）纳米线，使用了一种混合玻璃材料，其在光脉冲的照射下显示出可切换的材料属性。纳米线是一种具有在横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的一维结构。在这项研究中，每条纳米线都对特定的偏振方向产生了选择性的响应，团队因此可以借助不同方向的多个偏振，对信息进行同时处理。

基于前述概念，研究团队开发出首个利用光偏振的光子计算处理器。光子计算通过多个偏振通道进行，实现了与传统电子芯片相比提高几个数量级的计算密度，并利用由纳秒级光脉冲调制的纳米线，实现了更快的计算速度。

对混合活性电介质（HAD）纳米线进行偏振选择性切换，实现了并行光子计算，图片来自牛津大学

Bhaskaran教授表示，希望未来可以利用光提供的所有自由度（包括偏振在内），以极大化地并行处理信息。