近日，牛津大學研究人員開發出一種使用光的偏振，以實現最大化信息存儲密度的光子計算處理器。相關成果發表在《科學進展》(Science Advances)。

圖片來自牛津大學

自從1958年第一個集成電路發明以來，在一個給定尺寸的電子芯片中裝入更多的晶體管，成為了最大限度提高計算密度的常用方法，即“摩爾定律”。然而，人工智能和機器學習需要專門硬件，以突破現有計算能力的界限，因此電子工程領域面臨著一個重要問題：如何將更多功能封裝到單個晶體管中?

光具有一種可利用的特性，即不同波長的光不會相互影響，這也是光纖所用來傳輸并行數據的特性。同樣，不同偏振的光也不會相互影響，因此每一種偏振都可以作為一個獨立的信息通道，使更多的信息存儲在多個通道中，極大地提高了信息密度。

多年來，牛津大學材料系教授Harish Bhaskaran實驗室的研究人員一直致力于研究這一問題：如何將光作為一種計算手段。

“光子學相對于電子學的優勢在于，光在大帶寬下速度更快，功能更強。”論文第一作者、牛津大學材料系博士生June Sang Lee說道，“因此我們的目標是充分利用光子技術與可調諧材料相結合的優勢，實現更快、更密集的信息處理。”

混合納米線可根據偏振選擇性地切換設備，圖片來自牛津大學

前述研究團隊與英國埃克塞特大學的C. David Wright教授合作開發了一種HAD(混合活性電介質)納米線，使用了一種混合玻璃材料，其在光脈沖的照射下顯示出可切換的材料屬性。納米線是一種具有在橫向上被限制在100納米以下（縱向沒有限制）的一維結構。在這項研究中，每條納米線都對特定的偏振方向產生了選擇性的響應，團隊因此可以借助不同方向的多個偏振，對信息進行同時處理。

基于前述概念，研究團隊開發出首個利用光偏振的光子計算處理器。光子計算通過多個偏振通道進行，實現了與傳統電子芯片相比提高幾個數量級的計算密度，并利用由納秒級光脈沖調制的納米線，實現了更快的計算速度。

對混合活性電介質(HAD)納米線進行偏振選擇性切換，實現了并行光子計算，圖片來自牛津大學

Bhaskaran教授表示，希望未來可以利用光提供的所有自由度（包括偏振在內），以極大化地并行處理信息。