光开关可以在极短的时间内在芯片之间重定向光

美国国家标准与技术研究所（NIST）的研究人员开发了一种光开关，可以在20亿分之一秒内在计算机芯片之间重定向光。这种新设备比任何类似的设备都快，并且由于其低电压，可以集成到低成本的硅芯片中。当它重定向光时，芯片遭受的信号损失非常小。

潜在应用

这种新芯片将对计算产生重大影响，并将有助于开发使用光而不是电来处理信息的计算机。使用光子传输数据有几个优势，包括更快的传输速度和更高的能效。使用电力，计算机组件会加热，这会浪费能量并限制计算机的性能。

新开发的开关使用纳米级的金和硅光、电和机械组件。这些组件都密集地打包在一起，并将光发送到和从一个通道中。这会影响其速度和方向。

该设备由NIST领导的国际团队在《科学》杂志上描述。

根据NIST、苏黎世联邦理工大学和马里兰大学的共同作者克里斯蒂安·哈夫纳（Christian Haffner）的说法，该开关具有很多潜在的应用。它可以用于自动驾驶汽车中重定向光束，以测量到其他车辆和行人的距离。开关也可以用于神经网络中，利用更强大的基于光的电路而不是基于电的电路。

新开关的一个主要优点是，它使用非常少的能量来重定向光信号，这在量子计算中可能非常重要。量子计算机具有对子粒子的脆弱关系，这些关系处理数据。由于其脆弱性，计算机需要在非常低的温度和低功率下运行，以免对子粒子造成干扰。由于新开发的开关需要更少的能量，因此它可能是量子计算的一个重要方面。

挑战长期以来坚持的信念

根据哈夫纳和他的同事弗拉基米尔·阿克苏克（Vladimir Aksyuk）和亨利·勒泽克（Henri Lezec） củaNIST的说法，新的发现与科学界长期以来坚持的许多信念相矛盾。许多研究人员认为，这种类型的开关由于其体积庞大，不会实用，并且会在高电压下运行，从而导致性能缓慢。

设置包括一个称为波导的管状通道，以及一个光束在其中传输。有一条出口，其中一些光线进入一个距离几纳米的腔体中。

开关还使用了一层薄的金膜，悬浮在几十纳米以上的一个硅盘上，该硅盘上刻有一个腔体。当光线传输时，一些光线会泄漏并击中膜。这会在膜表面的电子中引起振荡。这些振荡称为等离子体，是光波和电子波的混合。振荡的电子具有更短的波长，这使得研究人员能够在纳米级距离上操纵等离子体。所有这些都有助于光开关保持极其紧凑。

如果研究人员将硅盘和金膜之间的间隙改变几个纳米，混合光波的相位会被延迟或提前。当波的相位与管状通道中传输的光重新组合时，两个光束会使光线被阻塞或继续沿着其原始方向传输。这使得光可以被转移到任何其他计算机芯片中。

团队的下一步是缩短硅盘和金膜之间的距离，以使设备更小。这将有助于进一步减少信号损失，使开关对不同行业更加有用。