研究人員發(fā)現(xiàn)了新的光學(xué)計算方法，可提供超快處理

計算機處理器是解釋和執(zhí)行指令的功能單元，也稱為中央處理器或cpu，它是計算機的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，與處理器和內(nèi)存周圍被稱為外設(shè)的設(shè)備形成對比，如鍵盤、顯示器、磁盤、磁帶機等都是外設(shè)。每一種處理器都有一套獨特的操作命令，可稱為處理器的指令集，如存儲、調(diào)入等之類都是操作命令。計算機的設(shè)計者喜歡將計算機稱為機器，因此，指令集有時也稱為機器指令，編寫這些指令的二進制語言也叫機器語言。中央處理器(英文Central Processing Unit，CPU)是一臺計算機的運算核心和控制核心。

邏輯門(Logic Gates)是在集成電路(Integrated Circuit)上的基本組件。簡單的邏輯門可由晶體管組成。這些晶體管的組合可以使代表兩種信號的高低電平在通過它們之后產(chǎn)生高電平或者低電平的信號。高、低電平可以分別代表邏輯上的“真”與“假”或二進制當(dāng)中的1和0，從而實現(xiàn)邏輯運算。

邏輯門又稱“數(shù)字邏輯電路基本單元”。執(zhí)行“或”、“與”、“非”、“或非”、“與非”等邏輯運算的電路。任何復(fù)雜的邏輯電路都可由這些邏輯門組成。廣泛用于計算機、通信、控制和數(shù)字化儀表。通過控制高、低電平(分別代表邏輯上的“真”與“假”或二進制當(dāng)中的“1”和“0”)，從而實現(xiàn)邏輯運算。

邏輯門是計算機處理器的基本組成部分。傳統(tǒng)的邏輯門是電子的——它們通過圍繞電子移動來工作——但科學(xué)家們一直在開發(fā)基于光的光學(xué)邏輯門，以滿足下一代計算的數(shù)據(jù)處理和傳輸需求。

光邏輯門是實現(xiàn)高速光分組交換、全光地址識別、數(shù)據(jù)編碼、奇偶校驗、信號再生、光計算和未來高速大容量全光信號處理的關(guān)鍵器件，同時，光邏輯門的發(fā)展是實現(xiàn)電計算向光計算跨越的橋梁，可以突破“電子瓶頸”的限制，提高網(wǎng)絡(luò)容量，實現(xiàn)全光3R再生。

在未來的全光網(wǎng)絡(luò)中，光交換、光計算和光傳輸是實現(xiàn)全光信號處理的核心單元，而它們都要以全光邏輯門為基礎(chǔ)工作。光交換可以分為光線路交換、光突發(fā)交換和光分組交換，光邏輯門是實現(xiàn)光交換系統(tǒng)的核心器件和決定網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素，光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢是光控光交換，因此，實現(xiàn)光分組交換的關(guān)鍵是開發(fā)高速光邏輯門器件。光邏輯門還可以實現(xiàn)全光信號提取、全光地址識別和全光復(fù)用/解復(fù)用等。因此，在未來的全光高速通信網(wǎng)絡(luò)和新一代光計算機中將有著巨大的應(yīng)用潛力。國內(nèi)外均對此展開了廣泛深入的研究。半導(dǎo)體光放大器以其體積小、易于集成、光譜性能好、工作波長范圍寬、響應(yīng)時間短以及良好的非線性特性等優(yōu)點，成為各種全光邏輯門中的主要功能器件。

光邏輯門是實現(xiàn)高速光分組交換、全光地址識別、數(shù)據(jù)編碼、奇偶校驗、信號再生、光計算和未來高速大容量全光信號處理的關(guān)鍵器件，同時，光邏輯門的發(fā)展是實現(xiàn)電計算向光計算跨越的橋梁，可以突破“電子瓶頸”的限制，提高網(wǎng)絡(luò)容量，實現(xiàn)全光3R再生。

阿爾托大學(xué)研究人員開發(fā)的新型光學(xué)手性邏輯門的運行速度比現(xiàn)有技術(shù)快約一百萬倍，可提供超快的處理速度。

新方法使用圓偏振光作為輸入信號。邏輯門由對圓偏振光束的旋向性敏感的晶體材料制成——也就是說，晶體發(fā)出的光取決于輸入光束的旋向性。這是一種邏輯門 (XNOR) 的基本構(gòu)建塊，其余類型的邏輯門是通過添加濾波器或其他光學(xué)組件構(gòu)建的。

該團隊還表明，單個設(shè)備可以包含所有同時并行運行的手性邏輯門。這是對現(xiàn)有邏輯門的重大進步，現(xiàn)有邏輯門一次只能執(zhí)行一個邏輯操作。同時并行邏輯門可用于構(gòu)建復(fù)雜的多功能邏輯電路。

最后，該團隊證明手性邏輯門可以通過電子方式控制和配置，這是混合電/光計算的必要步驟。

該篇論文發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上。