研究表明，我們離在電腦中使用光芯片取代電芯片的那一天越來越近了。

最近發(fā)表在《科學》雜志上的一項新研究指出，美國國家標準技術研究院（NIST）的研究人員如何開發(fā)出一種光學開關，該開關可以使用納米級金和硅成分在計算機芯片之間重定向光。光線可以在20億分之一秒內(nèi)的時間在芯片內(nèi)通行，因此。..相當快。

研究人員聲稱，這是到目前為止芯片之間rerouted 最快的信號，它可能會改變我們在某些系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方式。當然，光子的傳播比電子快得多。使用光子傳輸數(shù)據(jù)還意味著計算機不會因電而發(fā)熱，用光代替電還會減少系統(tǒng)的能耗。

據(jù)介紹，這時候一種混合型納米光機電開關，該開關在集成光子電路上僅占約10平方微米。他們的開關是一個小的多層磁盤，它位于兩個光波導管之間的T形結(jié)處，該光波導管是直角相交的兩個透明的導光二氧化硅條。磁盤的頂層是一個四微米的40納米圓金膜，位于一小片氧化鋁上，該小片氧化鋁沉積在二氧化硅上。該結(jié)構(gòu)充當與輸入和輸出波導諧振的彎曲波導，因此它可以在兩者之間傳遞諧振光。

二氧化硅波導中的光保留為光子，但在開關內(nèi)，光激發(fā)金中的表面電子振蕩，產(chǎn)生等離 激元 ，該等離激元以光波的頻率振動，但在比光波長小得多的光上振動。在金和硅之間的氣隙中，能量的等離激元部分的嚴格限制產(chǎn)生了強烈的光電效應，集中在開關的小體積中。

在沒有電壓施加到開關的情況下，等離子 波導與二氧化硅波導保持諧振，因此它以最小的損耗將光從輸入波導耦合到輸出波導。

向開關施加一個電壓會產(chǎn)生靜電，該電荷會將金膜拉向硅層，從而改變開關中波導的形狀，從而使光的相位偏移180度。這會在開關中造成相消干擾，破壞共振，并使光耦合到側(cè)波導中，因此，光會繼續(xù)通過輸入波導到達另一個開關。

研究人員表示，這項技術可以用于從量子計算到無人駕駛汽車再到神經(jīng)網(wǎng)絡的所有領域。這是研究人員首次能夠開發(fā)出如此小巧的設備，該設備可以以這種方式有效地改變光線的方向。而在以前，人們認為這只能使用較大的組件來完成。如果他們可以使設備尺寸再縮小一點（正在研究中），則可以將其用于商業(yè)產(chǎn)品上。

NIST的研究人員克里斯蒂安·哈夫納（Christian Haffner）告訴Inverse，該技術不會取代用電的計算機芯片，因為在某些情況下，即使速度不是很快，用電來傳輸信息也會有好處。

光子非常適合通信，因為它們以光速傳播并且彼此之間和物質(zhì)之間的相互作用微弱，但是它們比芯片特征大得多，并且由于相互作用較弱，因此需要高壓來重定向它們。

電子要比光子小得多，并且相互作用要強得多，因此它們更適合開關和處理信號。但是，電子的移動速度比光慢，并且需要更多的能量來移動它們。

Haffner說：“就像世界上的所有事物一樣，在某些應用中使用一樣東西，總比另一樣東西好”。 “有了電，您可以很好地存儲信息。有光，速度很快。它到處傳播。不過將其限制在空間并存儲信息非常困難。”

哈夫納說，未來我們也有可能創(chuàng)造出利用電力和光來運轉(zhuǎn)的混合動力系統(tǒng)。他說電子芯片可以保存和處理數(shù)據(jù)，而使用光進行操作的芯片可以幫助加快某些功能。

到目前為止，研究人員已經(jīng)能夠構(gòu)建更大的設備來控制光，而這種設備可以按照在計算機芯片中使用光的方式來控制光，但是當他們嘗試縮小尺寸時，會損失大量的光。從本質(zhì)上，因為在此過程中吸收了光。但哈夫納說，他們的系統(tǒng)規(guī)模合適，不會遭受這種損失。

光纖通過光傳輸信息，但是它們太大了，無法在較小的設備中使用。該技術將允許使用光以很小的規(guī)模傳輸信息。

哈弗納說：“光纖的目的只是將光從一個點傳輸?shù)搅硪稽c。” “這是一種非常長距離的通信方式，但這只是被動的一部分。”

哈夫納（Haffner）解釋說，使用光纖，您無法像使用光纖系統(tǒng)一樣以多種不同方式來收集信息。它基本上只是從一個地方到另一個地方的直線。

該團隊的下一個項目是確保系統(tǒng)盡可能無損，并且他們將了解他們可以獲得多小的系統(tǒng)。哈夫納聲稱，該系統(tǒng)已經(jīng)足夠小，可以在此時使用，但是事情總會變得更小。