计算密度提高几个数量级！全球第一个利用光偏振的光子计算处理器

光子盒研究院出品

偏振(polarization)是光的基本属性之一，可以在其中对信息进行编码和(解)复用。在量子信息技术中，偏振是量子密钥分发(QKD)的基础。6月15日，在《科学进展》发表的一篇论文中[1]，牛津大学研究人员开发了世界上第一个利用光的偏振的光子计算处理器，利用光的偏振来最大限度地提高信息存储密度和使用纳米线的计算性能。

光子计算处理器

光有一个可利用的特性——不同波长的光不会相互作用——这是光纤用来传输并行数据流的特性。同样，不同偏振的光也不会相互作用。每个偏振都可以作为一个独立信道，使更多的信息存储在多个信道中，极大地提高了信息密度。

第一作者、牛津大学材料系博士生June Sang Lee说:“我们都知道，光子学相对于电子学的优势在于，在大带宽上，光的速度更快、功能更强。因此，我们的目标是充分利用光子学与可调谐材料相结合的优势，实现更快、更密集的信息处理。”

作为独立信道的偏振

该研究团队与埃克塞特大学的C. David Wright教授合作，使用一种杂化玻璃质材料开发了一种HAD(杂化活性电介质)纳米线，该材料在光脉冲照射下显示出可切换的材料属性。每根纳米线对特定的偏振方向都表现出选择性响应，因此可以使用不同方向的多个偏振同时处理信息。

利用这一概念，研究人员开发出了第一个利用光偏振的光子计算处理器。

光子计算通过多个偏振通道进行，与传统电子芯片相比，计算密度提高了几个数量级。计算速度更快，因为这些纳米线是由纳秒光脉冲调制的。

混合纳米线可以根据偏振选择性地转换器件

自1958年全球第一块集成电路发明以来，在给定尺寸的电子芯片中封装更多的晶体管一直是最大化计算密度的常用方法，即所谓的“摩尔定律”。然而，随着人工智能和机器学习对专用硬件的需求开始突破现有计算的界限，电子工程领域的主要问题变成“我们如何将更多功能封装到单个晶体管中？”十多年来，牛津大学材料系Harish Bhaskaran教授实验室的研究人员一直在研究利用光作为计算的手段。

领导这项工作Bhaskaran教授的说：“这只是我们希望在未来看到的一切的开始，即利用光提供的各种自由度，包括偏振，以显著地并行化信息处理。这肯定是早期的工作，但结合了电子、非线性材料和计算的令人兴奋的想法。”

对杂化有源介质纳米线进行偏振选择切换，实现并行光子计算

参考链接：

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn9459

[2]https://phys.org/news/2022-06-world-ultra-fast-photonic-processor-polarization.html

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