由單光子控制的全光晶體管問(wèn)世

　　據物理學(xué)家組織網(wǎng)7月4日報道，美國麻省理工學(xué)院(MIT)電子研究實(shí)驗室(RLE)、哈佛大學(xué)以及奧地利維也納技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家們在最新一期《科學(xué)》雜志撰文指出，他們研制出了一種由單個(gè)光子控制的全光開(kāi)關(guān)，新的全光晶體管有望讓傳統計算機和量子計算機都受益。

　　新的全光開(kāi)關(guān)的核心是一對高度反光的鏡子。當開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，光信號能穿過(guò)這兩面鏡子，當開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，信號中約20%的光能穿過(guò)鏡子。如此一來(lái)，這對鏡子就構成了所謂的光學(xué)共振器。該研究的領(lǐng)導者、MIT物理學(xué)教授弗拉達·烏勒提解釋道，如果鏡子間的距離根據光的波長(cháng)精確地調整，那么，對某些波長(cháng)的光來(lái)說(shuō)，鏡子就是透明的，這就是默認的“開(kāi)”狀態(tài)。

　　在ERL的實(shí)驗中，兩面鏡子間的空腔內充滿(mǎn)了超冷的銫原子組成的氣體。一般情況下，銫原子與穿過(guò)鏡子的光“井水不犯河水”。但如果某個(gè)“門(mén)光子”以不同的角度射入兩面鏡子的中間，將一個(gè)原子的一個(gè)電子推入更高能態(tài)，它就會(huì )改變空腔的物理特性，使光無(wú)法再通過(guò)空腔，令開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

　　隨著(zhù)傳統計算機芯片上簇擁的晶體管越來(lái)越多，芯片的能耗與日俱增且變得更熱，這款全光晶體管或許可以解決這兩個(gè)問(wèn)題。當然，超冷的原子云團并非網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器內晶體管的理想設計方案。烏勒提說(shuō)：“對于經(jīng)典計算來(lái)說(shuō)，這只是一個(gè)概念性的實(shí)驗。我們也能在光纖或固片內使用不純凈的原子做出同樣的設備。”

　　這款設備可能對量子計算機來(lái)說(shuō)更有益處。量子計算依靠量子機制內在的不確定性來(lái)處理信息，其信息處理速度遠遠快于傳統機器。普通的信息比特只能代表0或者1，而量子比特以0和1的疊加狀態(tài)存在，這種模糊性使幾個(gè)量子比特可以被并行處理，因此可以一次執行多個(gè)運算。

　　科學(xué)家們已經(jīng)使用激光捕獲離子和核磁共振制造出了原始的量子計算機，但很難讓量子比特保持疊加狀態(tài)，光子更容易保持疊加狀態(tài)，科學(xué)家們可據此制造出一系列處于疊加狀態(tài)的光學(xué)電路。更重要的是，烏勒提表示，傳統晶體管可以將電信號內的噪音過(guò)濾掉，而量子反饋則能將量子噪音抵消，因此，人們能制造出通過(guò)其他方法無(wú)法獲得的量子狀態(tài)。

　　這一開(kāi)關(guān)也能用做目前還沒(méi)有的光探測器：如果光子撞上了原子，光無(wú)法通過(guò)空腔，這意味該設備可以在不破壞光子的情況下探測其蹤跡。

　　斯坦福大學(xué)電子工程學(xué)教授耶萊娜·烏克維斯則認為：“計算設備的能耗是一個(gè)大問(wèn)題。新設備的美妙之處在于，它能真正在單光子狀態(tài)下開(kāi)關(guān)，因此，能量損失更小。應該可以在更容易整合進(jìn)計算機芯片內的物理系統上重復該實(shí)驗。”