亚皮秒级速度的光学计算

泵探头实验示意图

  图中显示了从左侧注入到波导中的1550 nm飞秒脉冲（亮蓝色）以及1670 nm处的门控飞秒脉冲（红色），门控脉冲从上方照亮嵌入的VO2段（绿色）。衰减后的脉冲（淡蓝）传播到探测器（未显示）。由Weiss, Haglund等提供。

Vanderbilt大学的研究人员开发了下一代超快速数据传输技术，这使“按需”进行高性能计算成为可能。这项技术使用混合硅-二氧化钒在不到一万亿分之一秒的时间内实现了光路通断，从而消除了数据流的传输瓶颈。文章“混合VO2的亚皮秒响应：1550 nm的硅波导”已于12月4日发表在《高级光学材料》杂志上。

合作者Sharon Weiss（Cornelius Vanderbilt主席，电气工程、物理、材料科学与工程学教授）、物理教授Stevenson和Richard Haglund率先证明有可能在单通道上实现每秒超过1 TB的数据传输速率。他们通过加入少量的二氧化钒（一种超快切换相变材料）来创建混合硅芯片，以扩展硅光子学的能力。

光脉冲注入硅波导中时可通过使用另一个光脉冲撞击二氧化钒来选择性地关闭。光脉冲通断的惊人速度主要可归因于二氧化钒的材料特性以及两束激光脉冲在二氧化钒中相互作用的持续时间。硅波导是在橡树岭国家实验室的纳米相材料科学中心制造的，其属于试验室受能源部赞助项目中的一部分工作。二氧化钒的掺入在Vanderbilt大学纳米科学与工程学院进行。

VINSE的负责人Weiss说：“我们的长期合作是由VINSE洁净室中两名研究生之间的对话所促成的，且已经产生了使用硅波导进行超快光开关的成果演示。这意味着当光信号在比头发直径还小的信息高速公路上传播时，我们可以非常快地执行开关操作，这一切都是在类似计算机和手机内部的材料上完成的。”

硅光子学使用光脉冲代替电流脉冲作为信息位（0和1）来传输大量数据。数据可以被编码为光脉冲并通过光纤传输。当光脉冲到达其目的地时，光电探测器将光转换回电子数据信号。自从1980年代末开始进行硅光子学研究以来，这种方法已大大提高了计算机的处理速度和计算能力。如今日常生活中随处可见相关的在线或数字组件，众多商业公司和工业技术公司对改进光学计算技术始终保持极大的热情。

Haglund说：“使用这种信息高速公路，我们可以比其他任何人更快地打开/关闭光信号，这意味着未来的计算机通过使用光信号能比现在的计算机运行速度更快，并且耗电量更少。”

Weiss和Haglund表示，对于这项改变游戏规则的创新的下一步工作重心是使其落地，将主要优化二氧化钒组件的尺寸、形状和体积，并研究混合波导的其他配置。