激光飞秒逻辑门助力超快计算

       Rochester 和 Erlangen 团队使用激光来控制“真实”和“虚拟”电荷。

       罗彻斯特大学和埃尔兰根-纽伦堡大学 (FAU) 的的研究人员在“光波电子学”和超高速计算机领域迈出了重要的一步。

       据研究人员称，该团队展示了一个在飞秒的时间尺度上运行的逻辑门，有望打开以拍赫兹速度进行信息处理的大门。

       正如 Nature 所描述的那样，该突破是首次首次利用和独立控制构成这些超快电脉冲的真实和虚拟载流子实现的。

同步激光脉冲(红色和蓝色)在石墨烯中产生一系列真实电荷和虚拟电荷载流子，这些载流子被金吸收，从而产生净电流。

       FAU 的 Tobias Boolakee 表示，“这项技术要应用于计算机芯片可能还需要很长一段时间，但至少我们现在知道，光波电子技术在实际应用中是可行的。”

       利用激光产生超快电流脉冲一直是光学计算领域的一个重要研究方向。比如，通过激光照射连接两种金属的石墨烯细导线。发射的激光脉冲可以激发石墨烯中的电子运动，并将它们运送到指定方向，从而产生电流。

       但是，电子可能会被不可逆地激发，或者只是在照射期间短暂地激发，这仍是一个主要挑战。“虚拟”电荷只能在激光脉冲开启时短暂存在，而 “真实”电荷在脉冲关闭后仍然存在。最后，由于石墨烯与金连接，真实电荷和虚拟电荷两种载流子都会被金属吸收，从而产生净电流。

源于基础科学的新技术

       该项目在其发表的论文中提到“载流子类型的产生与其对可观测技术相关性的重要性之间的联系缺失了。”“我们表明，在金-石墨烯-金异质结构中，使用几微秒的周期激光脉冲可以激发和真实和虚拟的电荷载流子。”

       在 Erlangen 的实验测量和罗切斯特的计算模拟工作中，该团队发现通过改变激光脉冲的形状可以产生两种类型的电荷载流子中的任何一种，甚至还可以独立控制它们。

       在实验中，输入信号是两个同步激光脉冲的形状或相位，每个激光脉冲被选中只产生一束真实或虚拟的载流子，它们可以叠加或相互抵消 。网络电信号可以被分配逻辑信息0或1，产生超快逻辑门。

       罗切斯特大学的Ignacio Franco说，这个逻辑门的强大之处在于以拍赫兹的速度运算，是普通计算机运行速度的一百万倍。这是因为所使用的激光脉冲非常短，发生在十亿分之一秒内。

       根据 Ignacio Franco 的说法，新逻辑门的设计源于对如何用激光在纳米尺度系统中驱动电荷的基础研究，它成功将长达 15 年的理论研究带到了一个知识“爆炸性”增长的领域里。