美空軍投資光開關(guān)研究 可用于量子計算機與通信

21ic通信網(wǎng)訊，如果研究人員能夠有效地使一個光子充當(dāng)開關(guān)或半導(dǎo)體，對于電信與計算機領(lǐng)域?qū)⑹歉锩缘耐黄啤＿@樣的光子將被稱為光開關(guān)，控制信號在光纖或集成光路中傳輸，能夠迅速簡易地切換電路。

在一個光子作為晶體管的情況下，晶體管的特性仍然適用，但晶體管不僅僅限于像開關(guān)一樣產(chǎn)生啟動和停止的電子信號，同樣能夠借助系統(tǒng)實現(xiàn)信號的調(diào)控和放大。我們都熟悉基于硅的晶體管和半導(dǎo)體，但在大規(guī)模集成元件中，其調(diào)控速度較光子有較大的差距。

另一個則是電子系統(tǒng)處理過程中，電流從終端到終端的過程中所遇電阻問題。隨著光纖的運用，較銅線而言，阻力已經(jīng)大大降低。例如，信號在光纖中可以通過電子開關(guān)或電子晶體管中控制。但在光子開關(guān)中可以調(diào)制波長。單光子開光可能帶來量子計算機的全新設(shè)計。

光計算能夠運用于傳統(tǒng)計算機與量子計算機，較之于其他傳統(tǒng)計算機，將具備指數(shù)級倍數(shù)的速度優(yōu)勢。對于美國空軍，指數(shù)增長的數(shù)據(jù)處理能力將對通信聯(lián)絡(luò)、目標(biāo)捕捉、密碼系統(tǒng)都是有幫助的。

目前仍存在困難需要克服，美國空軍科技研究辦公室(AFOSR) 已經(jīng)投資一個研究小組試圖讓光子按與自然規(guī)律相反的方式運動。純光學(xué)計算需要解決光粒子、光子、光子狀態(tài)的制備與調(diào)制。在自然狀態(tài)下，光子是難以達到要求的，甚至是相反的狀態(tài)。

AFSOR支持的麻省理工學(xué)院電子實驗室以及哈佛大學(xué)、維也納技術(shù)大學(xué)發(fā)表了研究文章，驗證了由單個光子控制光子開關(guān)，實現(xiàn)了光控光。光開關(guān)的制造不需要太多的技術(shù)，兩個光鏡之間的空腔作為光學(xué)諧振器主要用于產(chǎn)生磁場。空腔中充入經(jīng)過冷卻的銫原子。這種原子不會干擾反射鏡中光的通過，但在光開光開啟時，會發(fā)生單光子，并以不同的角度發(fā)射到銫原子中。“門光子”進到一個銫原子的一個電子以達到一個更高的能量級，從而改變了空腔的物理特性，使光線不能再通過它，這樣就產(chǎn)生一個on / off開關(guān)。

光學(xué)計算將在能源控制方面有所提升，較電力驅(qū)動電路而言，具有功率消耗少、發(fā)熱少的優(yōu)勢。更為有利的是量子計算中光子的疊加能力。雖然純光學(xué)量子計算還有很長的路要走，單光子開光是一個重大的階段成果。