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计算机升级:光学计算机走进我们未来会如何?

导读: 光能够携带比电缆多得多的数据,同时传输光子需要的能量比电能要少。光纤网络就是利用了这个原理,而将来可能会取代WiFi的LiFi也是。

  斯坦福纳米和量子光学实验室设计、制造并测试了一些极小的光学设备,它们只有几微米甚至更小,能用在高速通信和量子计算上。这些开创性的棱柱状设备能分离出不同波长的光,并控制它们到前所未有的地步。研究人员希望使用这种技术的计算机,在处理大量图像及视频流时能更有效。

  这一研究表明:在不久的将来我们可以用光代替电来传送数据,让计算机更有效率、速度更快、更可靠。但是,这和我们有什么关系?

  为什么要光学计算机?

  高中的物理告诉我们,沿着导线传播的信号最终会逐渐减弱,直至消失。这种情况在计算机中同样存在,计算机内部的组件,甚至整个数据中心都是通过铜线连接在一起的,而据统计,供给电脑的8%电量会损耗在铜线上。

  如今眼前就有一个解决方案。“如果你能够用光取代现行的电,就能大幅降低能源消耗,提高运行速度”,研究的负责人,电气工程学教授JelenaVuckovic说道。

  光能够携带比电缆多得多的数据,同时传输光子需要的能量比电能要少。光纤网络就是利用了这个原理,而将来可能会取代WiFi的LiFi也是。“能量耗损是最大的瓶颈”,Vuckovic说道,“增加处理器运行速度,就会产生更多的热量,这就对运行速度有了限制。我们有必要做出改变。”

  随着电缆越来越细,信号频率越来越高,从某种意义上说,存在限制数据传输速度的屏障,因为产生的过多的热量最终可能会烧毁处理器。光学计算就不存在这个问题,铜导线能够以每秒2千兆的速度传输数据,而基于光学的却没有上限。

  这一研究有何意义?

  想要实现光学计算机,要解决三大问题:

  一,要找到将电信号转为光信号的方法,例如激光,可以将比特流转化为脉冲波束。二,解决光信号在不同端点处的定向传送问题。三,如何将到达目的地的光信号重新转变为电信号,这点可以通过高速光电探测器来实现。

  上述的第一个和第三个问题已经由纳米和量子光学实验室解决了,斯坦福大学的新研究是最后一片拼图,有了它该团队就能用任何光纤连接器、路由器、以及必要的枢纽组成一个复杂的,基于芯片的光信号传输网络。

  “当然,我们还需要将这几个部分与处理器整合在一起,现在我们还没有开始做”,Vuckovic说,“但是我乐观地认为,五年左右我们就能做到了。”

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