光子芯片開發獲“隱形斗篷”魔力相助

從《哈利·波特》的“隱形斗篷”到《星際迷航》的羅慕倫隱身戰艦，這些一般隻存在於科幻小說或電影中。美國科研人員最近利用這些隱形原理，為微光子集成器件設計了一個特定裝置，其有助開發出較硅基芯片更小、更快、更節能的光子芯片。

未來的計算機、數據中心和移動設備將用光子芯片代替電子芯片。每塊光子芯片中將包含數十億個光子器件，與以硅基芯片中晶體管大致相同的方式執行特定功能。但問題是，如果其中兩個光子器件過於靠近對方時將無法工作，因為兩者之間的漏光會導致類似無線電干擾的串擾。增加彼此距離可解決這一問題，但會使芯片變得很大。

猶他大學電氣和計算機工程系副教授拉杰什·梅農領導的團隊發現，在兩個光子器件間放置一個特殊的納米硅基屏障，可“欺騙”兩個光子器件相互無視。其原理類似於哈利·波特的“隱形斗篷”，進入一個器件的任何光都會被反射回去，從而模擬出一種旁邊根本不存在鄰居的情形。這個屏障會將光推回原來的器件，使其誤認為周邊空無一物。

研究人員發表在最新一期《自然·通信》雜志上的論文稱，當數十億個這樣的光子器件裝入單個芯片中時，一個芯片就可以包含執行各項功能的更多器件。光子芯片使用光子而不是電子來傳輸數據，可望減少10倍至100倍的能耗，這對於耗電量巨大的數據中心來說是一個福音。

據美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室的研究，美國本土數據中心2014年的耗電量為700億千瓦時，佔全美國電力消耗的1.8％，預計到2020年將再上漲4％。

梅農認為，這種技術最直接的應用將是類似於谷歌和Facebook使用的數據中心。從電子轉向光子可讓計算機更高效，並對碳排放和能源消耗產生巨大影響。目前，光子器件大多用於高端軍事設備，梅農預計完全基於光子的芯片將在未來數年被數據中心採用。（記者 馮衛東）