圖片說明：上圖展爲矽光子芯片新型分束器，大小爲頭髮直徑的五分之一。
圖片來源：Dan Hixson/University of Utah College of Engineering
猶他州大學的工程師們在下一代計算機和移動設備的研究上取得了重大突破，這項技術能夠使設備的速度提升幾百萬倍。他們開發出了一種超小型分束器，這是已知尺寸最小的分束器，能夠將光波分割成兩個不同的信息通道。這項發明將推動矽光子芯片的研發，這種芯片使用光而不是電子來進行計算和數據傳輸。
矽光子技術能夠大幅提升以下設備的功率和速度：
超級計算機
數據中心服務器
自動駕駛汽車和無人機使用的專用計算機
最終，這項技術將應用於家用電腦和移動設備，並改善遊戲、視頻流等應用程序的體驗。電氣和計算機工程系的副教授Rajesh Menon表示：“光是傳輸信息最快的媒介，但光傳輸到筆記本電腦時，需要轉換成電子信號，這個轉換過程會降低傳輸速度。我們的目標是用光完成所有計算工作。”在互聯網中，光子通過光纖傳輸信息。然而，當數據流到達家庭或辦公室時，光子必須轉換成電子信號，才能被路由器或電腦處理。如果數據流能夠以光子的形式直接到達電腦處理器，就能突破現有的瓶頸。Menon說道：“如果能夠在所有環節使用光子，計算機的速度能夠提升幾百萬倍。”
這項研究成果發表於《Nature Photonics》雜志上。https://www.nature.com/nphoton/
圖片來源：Dan Hixson/University of Utah College of Engineering
爲了實現光子計算，猶他州大學的工程師們在矽芯片上制造了一種微型偏振分束器。這種分束器類似於條形碼，能夠將入射光線分割成兩個不同的光路。傳統的偏振分束器尺寸爲100x100微米。Menon教授使用新算法將其尺寸縮小到2.4x2.4微米，僅爲人類頭髮直徑的五分之一，已經接近物理極限。
除了分束器，光子芯片還需要其他無源器件來控制光波的傳播。通過縮小器件尺寸，研究人員能夠在單個芯片上集成成千上萬個器件。猶他州大學的方案不僅能夠大幅提升計算速度，還具有以下優勢：
低成本：可以使用現有的矽芯片制造技術
低功耗：光子芯片傳輸光子而非電子，移動設備功耗更低，電池壽命更長
低發熱：移動設備發熱量更少
英特爾和IBM正在開發首台矽光子超級計算機，將使用混合處理器，其中大部分信息處理由光子完成。Menon教授認爲，他們的分束器將在三年内應用於此類計算機，並可用於連接數據中心的高速光互聯。
