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光可以用來傳輸數(shù)據(jù)信息，而且相比于電信號，光信號被認(rèn)為更適合用來驅(qū)動你的電腦和手機(jī)。工程師們正在尋求將光纖中數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)墓饧夹g(shù)微型化的方法，實(shí)現(xiàn)將高速、高效率的光信號傳輸使用在計(jì)算機(jī)芯片上。但是斯坦福大學(xué)的工程師們近日（6月8日）宣布一個(gè)電腦芯片上光學(xué)數(shù)據(jù)單向傳輸?shù)膹?qiáng)理論限制。
斯坦福大學(xué)電氣工程教授Shanhui Fan和研究生Jerry在《自然光子學(xué)》雜志上公布他們的研究結(jié)果。在短期內(nèi)，他們的發(fā)現(xiàn)會打擊一些做這方面研究的工程師。但是他們的發(fā)現(xiàn)也將指導(dǎo)研究人員尋找其他方法來構(gòu)建“單行道”的計(jì)算機(jī)“光芯片”。
Shanhui Fan和Jerry研究用的設(shè)備被稱為非線性隔離器，通過這個(gè)器件研究人員希望光束信息僅在正方向傳輸，同時(shí)禁止反方向的傳輸。這樣的設(shè)備將簡化光數(shù)據(jù)在電腦芯片上的傳輸?！暗聦?shí)卻是存在信號的反向傳輸——“后漏”，這類設(shè)備上的這個(gè)現(xiàn)象在之前沒人發(fā)現(xiàn)?！盨hanhui Fan說。Shanhui Fan和Jerry是通過研究光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸的數(shù)學(xué)理論之后得出了上述結(jié)論的，并有計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果的支撐。
無論是今天的電子束還是明天的光束，工程師需要電腦芯片在一個(gè)方向上傳輸信息。今天的芯片上包含被稱為二極管的特殊的器件來保持電子束信息，并保證信息流的流動朝著正確方向，同時(shí)阻塞電子束向后流動，從而防止信號混亂。光學(xué)計(jì)算機(jī)芯片，采用光束作為載體，因此也需要一個(gè)“光學(xué)二極管”，也被稱為“光隔離器”。如果沒有這樣的設(shè)備，將會產(chǎn)生混亂的噪音信號。
幾十年來，叫做非線性隔離器的光隔離器被認(rèn)為是可以幫助保持光學(xué)信息定向流動并阻止信號光束反向流動的器件?！斑@是一個(gè)自然的方法，并且已經(jīng)存在了幾十年,”Shanhui Fan說。但Shanhui Fan和Jerry的發(fā)現(xiàn)指出了非線性光電隔離器的一個(gè)強(qiáng)限制。研究人員使用數(shù)學(xué)和仿真來證明了他們的觀點(diǎn)，他們反對非線性光電隔離器的理由也是顯而易見的。
在之前的工作中，研究人員使用一個(gè)特定的方法來測試非線性光電隔離器芯片能否保持信息流動在正確的方向上。他們會直接在正方向發(fā)射一個(gè)光束并驗(yàn)證隔離器會讓光線通過。然后他們會直接朝隔離器反方向上發(fā)射一束光并驗(yàn)證隔離器將阻塞這個(gè)光束。這不是標(biāo)準(zhǔn)的在同一時(shí)間測試“前向后向”的做法?！坝锌赡苡谐^100篇的論文使用這種方法，其中我有一些也是我寫的,”Shanhui Fan說。
基于這類的測試方法，非線性光電隔離器似乎工作正常，看起來就像他們們可以保持光束在光學(xué)計(jì)算機(jī)芯片朝一個(gè)方向流動。但是，當(dāng)Shanhui Fan和Jerry研究了非線性光電隔離器的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之后，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題：當(dāng)前向光束和后向光束同時(shí)存在時(shí)，后向光束將通過設(shè)備泄漏。
“一旦你理解了基本理論，問題就會很明顯，“Shanhui Fan說?！八鼤谀忝媲疤鰜??！盝erry進(jìn)行了數(shù)學(xué)證明并用計(jì)算機(jī)仿真表明非線性光電隔離器實(shí)際上是雙向通道?！叭绻扒跋颉狈较虻臒袅林敲垂馔瑯涌梢詮南喾吹姆较蚩梢酝ㄟ^?！癝hanhui Fan說。這一發(fā)現(xiàn)對于為光學(xué)芯片設(shè)計(jì)光電隔離器是很重要的。工程師需要設(shè)計(jì)、發(fā)現(xiàn)新的光電隔離器來保持光學(xué)信息在一個(gè)方向上流動。
Shanhui Fan和Jerry意識到他們可能是在傳遞一個(gè)不受他們同事歡迎的消息?！耙?yàn)榉蔷€性光電隔離器是一個(gè)已經(jīng)存在了幾十年的方向，但現(xiàn)在它并不是那么理想，”Shanhui Fan說?！拔覀冴P(guān)閉了死胡同，告訴大家說：不要在這條路走下去了?！钡牵琒hanhui Fan和Jerry仍然希望傳播這個(gè)消息將引導(dǎo)研究人員找出其他的方法創(chuàng)建單行道光學(xué)通信計(jì)算機(jī)芯片。
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