图片说明：上图展为硅光子芯片新型分束器，大小为头发直径的五分之一。
图片来源：Dan Hixson/University of Utah College of Engineering
犹他州大学的工程师们在下一代计算机和移动设备的研究上取得了重大突破，这项技术能够使设备的速度提升几百万倍。他们开发出了一种超小型分束器，这是已知尺寸最小的分束器，能够将光波分割成两个不同的信息通道。这项发明将推动硅光子芯片的研发，这种芯片使用光而不是电子来进行计算和数据传输。
硅光子技术能够大幅提升以下设备的功率和速度：
超级计算机
数据中心服务器
自动驾驶汽车和无人机使用的专用计算机
最终，这项技术将应用于家用电脑和移动设备，并改善游戏、视频流等应用程序的体验。电气和计算机工程系的副教授Rajesh Menon表示：“光是传输信息最快的媒介，但光传输到笔记本电脑时，需要转换成电子信号，这个转换过程会降低传输速度。我们的目标是用光完成所有计算工作。”在互联网中，光子通过光纤传输信息。然而，当数据流到达家庭或办公室时，光子必须转换成电子信号，才能被路由器或电脑处理。如果数据流能够以光子的形式直接到达电脑处理器，就能突破现有的瓶颈。Menon说道：“如果能够在所有环节使用光子，计算机的速度能够提升几百万倍。”
这项研究成果发表于《Nature Photonics》杂志上。https://www.nature.com/nphoton/
图片来源：Dan Hixson/University of Utah College of Engineering
为了实现光子计算，犹他州大学的工程师们在硅芯片上制造了一种微型偏振分束器。这种分束器类似于条形码，能够将入射光线分割成两个不同的光路。传统的偏振分束器尺寸为100x100微米。Menon教授使用新算法将其尺寸缩小到2.4x2.4微米，仅为人类头发直径的五分之一，已经接近物理极限。
除了分束器，光子芯片还需要其他无源器件来控制光波的传播。通过缩小器件尺寸，研究人员能够在单个芯片上集成成千上万个器件。犹他州大学的方案不仅能够大幅提升计算速度，还具有以下优势：
低成本：可以使用现有的硅芯片制造技术
低功耗：光子芯片传输光子而非电子，移动设备功耗更低，电池寿命更长
低发热：移动设备发热量更少
英特尔和IBM正在开发首台硅光子超级计算机，将使用混合处理器，其中大部分信息处理由光子完成。Menon教授认为，他们的分束器将在三年内应用于此类计算机，并可用于连接数据中心的高速光互联。
