原標(biāo)題：華人科學(xué)家在美國研發(fā)出性能強(qiáng)大的光子計(jì)算機(jī)，能夠與中國的量子計(jì)算機(jī)一戰(zhàn)高下！

在最近的《自然·納米技術(shù)》雜志上，一篇來自美國哥倫比亞大學(xué)的論文在業(yè)界掀起了軒然大波，一位名叫虞南方的物理學(xué)助理教授成功率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出能夠利用狹窄光路波導(dǎo)以及納米天線高效進(jìn)行對(duì)于光傳播的掌控。

虞南方

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)依賴大規(guī)集成電路中的半導(dǎo)體內(nèi)的電子單向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)0與1，從而進(jìn)行計(jì)算或儲(chǔ)存。而光子計(jì)算機(jī)則利用光子集成電路，也就是利用類似集成電路中的半導(dǎo)體的部件控制光線在狹窄范圍內(nèi)傳遞從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、傳遞和計(jì)算處理。

光子芯片整個(gè)運(yùn)算過程依賴于對(duì)于光線強(qiáng)烈且精準(zhǔn)的控制，光子的運(yùn)動(dòng)速度比集成電路中的電子移動(dòng)速度要快很多，運(yùn)算能力會(huì)比電子強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而虞南方教授此次研究為人類成功打開了通向“光子運(yùn)算”的通道，更強(qiáng)大的光子芯片橫空出世，給光子信息處理帶來了翻天覆地的變化。

中學(xué)時(shí)期的虞南方

虞南方2000年畢業(yè)于成都七中，2004年畢業(yè)于北京大學(xué)電子學(xué)系，同年出國留美并于2009年在哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位。2011年9月2日，也就是虞南方博士后期間，其關(guān)于“人工界面改寫光反射和折射定律”的研究論文發(fā)布在《科學(xué)》期刊上，引發(fā)了學(xué)術(shù)界的轟動(dòng)。

據(jù)虞教授介紹，此次他們打造的是一個(gè)納米光子集成元件，擁有迄今為止最大的帶寬以及最小的占地面積，由于使用了納米天線，這次的研究成果的進(jìn)步不亞于上世紀(jì)的計(jì)算機(jī)由占地600平米的電子管計(jì)算機(jī)躍進(jìn)到半導(dǎo)體晶體管計(jì)算機(jī)，那一次計(jì)算機(jī)換代，計(jì)算機(jī)的質(zhì)量縮小到原來的1%，體積更縮小到原來的0.4%，而計(jì)算能力卻從每秒幾千次躍升到每秒幾十萬次。

新的光子波導(dǎo)傳遞模式

如何能夠有效控制波導(dǎo)中的光線進(jìn)行定向傳播一直是光學(xué)計(jì)算科目十分頭疼的問題，而虞教授相信，他們的研究將給這個(gè)問題帶來一個(gè)劃時(shí)代的革命性答案。

在以往的操作中，想要觀察波導(dǎo)部件中光子傳遞的蛛絲馬跡只能夠通過觀察波導(dǎo)元件表面光子通過后留下的“尾巴”，觀察一個(gè)光子尚且可以，但是在波導(dǎo)核心中，進(jìn)行運(yùn)算的光子可不止一個(gè)，因此在以往的光功率運(yùn)算中想要進(jìn)行觀察的難度可想而知，所以那時(shí)的光傳道元件往往以大塊頭形式出現(xiàn)，占地面積大不說，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)限制了光子運(yùn)算的密度，降低了最大運(yùn)算了，也正如此，如何提高光子的精確控制能力以及縮小光子集成部件一直是科學(xué)家們想要攻克的難題。

虞教授此次使用了納米天線對(duì)波導(dǎo)元件進(jìn)行預(yù)先修飾，以改變從波導(dǎo)核心傳遞的光線的性質(zhì)，后將“變性”的光線重新注入到波導(dǎo)核心中，這使得光線能在其兩倍波長的范圍內(nèi)自由傳遞，集聚效應(yīng)極強(qiáng)地提升了光子運(yùn)算的性能。目前使用的部件已經(jīng)可以與光子的波長相媲美，比原來降低了幾百倍。

同時(shí)虞教授還打造了一款能夠轉(zhuǎn)換波導(dǎo)傳遞模式的設(shè)備，這套設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)所謂的“模式分多路復(fù)用”，光子波導(dǎo)芯片也能夠以此為基礎(chǔ)進(jìn)行更高階的波導(dǎo)運(yùn)算模式。

下一步計(jì)劃中，虞教授將引入光子主動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，以實(shí)現(xiàn)光子波導(dǎo)內(nèi)部的光線主動(dòng)控制。

在未來發(fā)布的光子計(jì)算機(jī)中，其運(yùn)算能力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，甚至于有人認(rèn)為能夠與中國所掌握的量子計(jì)算機(jī)一戰(zhàn)高下。

反正兩款計(jì)算機(jī)都是中國人(華人)所研發(fā)的。

來源：俊采星馳

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總結(jié)

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