據(jù)近日發(fā)表在《科學進展》上的一篇論文，英國牛津大學研究人員開發(fā)了一種使用光的偏振來實現(xiàn)最大化信息存儲密度的設(shè)備。新研究使用多個偏振通道展開了并行處理，計算密度比傳統(tǒng)電子芯片提高了幾個數(shù)量級。

自1958年第一塊集成電路發(fā)明以來，將更多晶體管封裝到特定尺寸的電子芯片中，一直是實現(xiàn)最大化計算密度的首選方法。然而，人工智能和機器學習需要專門的硬件突破現(xiàn)有計算的界限，因此電子工程領(lǐng)域面臨的主要問題是：如何將更多功能打包到單個晶體管中?

科學家已知不同波長的光不會相互影響，同樣，不同偏振的光也不會相互影響。因此，每個極化都可作為一個獨立的信息通道，使更多信息可存儲在多個通道中，這就大大提高了信息密度。

而光子學相對于電子學的優(yōu)勢在于，光在大帶寬上速度更快，功能也更強大。新研究的目標就是充分利用光子學與可調(diào)諧材料相結(jié)合的這些優(yōu)勢，實現(xiàn)更快、更密集的信息處理。

鑒于此，十多年來，牛津大學研究人員一直致力于使用光作為計算手段。團隊此次開發(fā)了一種HAD(混合活性電介質(zhì))納米線，該納米線使用一種混合玻璃材料，該材料在光脈沖照射時具有可切換的特性，每條納米線都顯示出對特定偏振方向的選擇性響應(yīng)，因此可使用不同方向的多個偏振同時處理信息。

利用這個概念，研究人員開發(fā)出第一個利用光偏振的光子計算處理器。光子計算通過多個偏振通道進行，納米線則由納秒光脈沖調(diào)制，與傳統(tǒng)電子芯片相比，其計算速度更快，計算密度因此提高了幾個數(shù)量級。

研究人員表示，對于人們希望看到的未來愿景來說，現(xiàn)在僅僅是個開始，這種偏振光子計算處理器結(jié)合了電子、非線性材料和復雜計算，已經(jīng)是一個超級令人興奮的想法。

總編輯圈點

隨著傳統(tǒng)電子芯片尺寸越來越小，芯片上的晶體管數(shù)量接近極限，摩爾定律也日益逼近“天花板”。這些年，科學家和工程師們開始為芯片發(fā)展尋找新的“增長點”，利用光子計算便是思路之一。例如，2015年美國科學家研發(fā)出用光處理信息的光電子芯片，它依舊使用電子來計算，但是可以直接使用光來處理信息。上述成果則利用了光的偏振特性。這些研究都為芯片迭代升級提供了更多可能。 (記者張夢然)