节能光驱动芯片即将问世

      美国华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)的研讨人员，日前研制出一种可望成为微处理器关键元素的新技能，它是运用光而非电来进行数据处理。该研讨团队现已开发了一套光学谐振器(resonator)体系，能增强光线对于某个方向的传导，并将光线往其它方向的传导削弱到简直看不见；此外该体系也微缩到能放进一颗硅芯片内的程度。

  上述技能与电气体系内的简易二极管原理一样，是运用量子力学的改变(twisting)概念，不只让光线只沿着单一方向传导，并且看来是设备所输出的能量高于输入的能量。在一个甜甜圈形状的组件中有两个微谐振器来回反射光线，其中之一倾向丢失能量，另一个则是进步能量；当丢失的能量相当于特定波长的增益(gain)，体系就会发生相变化，谐振器效果也会逆转。

  依据华盛顿大学研讨人员在新出书4月号《Nature Physics》期刊上宣布的论文：“谐振器之间的时刻性关系(temporal relationship)逆转了，能量丢失成为添加、添加成为丢失。”这样的成果能打造出比当前电气线路更细微的光学信道，所需要的能量也更低，并且能选用当前的规范半导体电路设计技能。



  在传统光学二极管中，从某个方向输入的光线会被传导出去，而从另一个方向输入的光线则会被阻拦；华盛顿大学研讨人员开发的新一代光学二极管，则是运用宇称(parity time symmetric)性微谐振器所制造，当某个谐振器的能量丢失，能由另一个谐振器的能量增益来平衡

  “咱们相信这个发现将有益于电子学、声学、等离子光学(plasmonics)以及超资料(meta-materials)等范畴；”担任监督此研讨的华盛顿大学实验室总监Lan Yang表明：“以宇称性(parity time symmetry，PT symmetry)方法来耦合所谓的损、益组件，能催生像是隐形设备、耗费更少电力的更强激光，乃至是能‘看’到单一颗原子的探测器等先进技能。”

  华盛顿大学的论文主要作者、Yang团队研讨生Bo Peng表明：“当前咱们以二氧化硅(silica)来打造新一代光学二极管，这种资料在电信通讯波长中的耗费很小；这种技能概念也能够拓展至选用其它资料制造的谐振器，以完成更佳的CMOS制程兼容性。”

  用一个比方来描述，这种组件的运作原理与英国圣保罗大教堂(St. Paul's Cathedral)的耳语廊(Whispering Gallery)有点相似──当有人在走廊的某一端小声说话，别的一端的人能明白听到，但站在发声端邻近的反而听不见。

  在理论上，这种组件是对比有疑问的；它是运用物理学的宇称概念，也即是一个关闭空间中的能量能够不等于内部实践粒子内能量的实践与潜在能量。(编按：更多关于宇称概念的解说请参阅原文后半段的解说，或讨教维基百科与Google)

该组件反射两个微谐振器之间的光束，其中之一能量耗费、另一个添加，当某个谐振器的增益等同于别的一个的耗费，体系的宇称就会被打破；华盛顿大学的论文指出：“此刻体系即便在十分弱的输入电力之下，也会出现微弱的非线性行动──输入光线的增益强度会出现十分峻峭的直线斜率，也即是光线只会由单一个方向传导。”

  此刻一个显着的成果是，宣布自组件的光束强度比输入该组件的能量更高；打造谐振器的研讨人员Kaya Ozdemir 表明：“时刻反演对称(Time reversal symmetry)是一个根底物理准则，指的是假如光线会沿着单一方向传导出去，那一定也能从另一端传导回来；但在新的光学二极管内，这个准则就不成立了。”

  Ozdemir指出，工程师传统是以磁光学(magneto-optics)或是高磁场来打破时刻反演对称，但华盛顿大学团队是透过打破宇称(宇称不守恒)所发生的微弱非线性来达成；当输入功率只要1mW时，能让单一方向的光线传输强度进步十七倍，但没有从另一端过来的光线传输；而假如不运用宇称概念调配谐振器的布局，不能够到达这样的成果。