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图：Arizona 大学物理学和光学科学助理教授Mohammed Hassan。资料来源：Mohammed Hassan
想象一下，一台家用电脑的运行速度是市场上最昂贵硬件的100万倍。现在，把计算能力的水平想象成行业标准。Arizona 大学的研究人员希望利用基于光的光学计算为这一目标铺平道路，这与目前基于半导体的晶体管相比有了显著的改进。
Mohammed Hassan说：“我们今天使用的所有电子产品中都有半导体晶体管。”。“它们是从儿童玩具到火箭等各个行业的一部分，也是电子产品的主要组成部分。”
Hassan lad是一个国际研究团队，于2月在 Science Advances 杂志上发表了研究文章“合成光场的超快光学开关和数据编码”。研究员Dandan Hui和Husain Alqattan以及 Ohio State 大学和Ludwig Maximilian大学的研究人员也对这篇文章做出了贡献。
电子产品中的半导体依赖于通过微波传输的电信号来切换，允许或阻止电流和数据的流动，用“开”或“关”来表示。Hassan 说，电子产品的未来将建立在使用激光控制电信号的基础上，为“光学晶体管”的建立和超快光电子学的发展打开了大门。
自20世纪40年代半导体晶体管发明以来，技术进步一直集中在提高以赫兹为单位测量的电信号产生速度上。根据Hassan说，世界上速度最快的半导体晶体管可以以超过800千兆赫的速度工作。该频率下的数据传输是以皮秒或万亿分之一秒的尺度来测量的。
自半导体晶体管问世以来，计算机处理能力稳步提高，但Hassan表示，开发更快技术的主要问题之一是，继续在微芯片中添加晶体管所产生的热量最终需要比通过芯片更多的能量来冷却。
在他们的文章中，Hassan和他的合作者讨论了使用光信号的全光开关来达到以阿秒时间尺度测量的超过PB赫兹的数据传输速度。阿秒是十的十八次方之一秒，这意味着数据传输速度是最快的半导体晶体管的100万倍。
虽然光开关已经被证明比基于半导体晶体管的技术更快地实现信息处理速度，但Hassan和他的合著者能够记录以十亿分之一秒的规模发生的光源的开启和关闭信号。这是通过利用熔融二氧化硅的特性实现的，熔融二氧化硅是一种经常用于光学的玻璃。熔融二氧化硅可以瞬间改变其反射率，通过使用超快激光，哈桑和他的团队能够在阿秒时间尺度上记录光信号的变化。这项工作还证明了以“1”和“0”的形式通过光以以前不可能的速度发送数据的可能性。
Hassan说：“这一新进展还将允许在超快激光脉冲上编码数据，这将提高数据传输速度，并可用于从地球到深空的远程通信。”。“这有望提高数据处理和信息编码的极限速度，开启信息技术的新领域。”
- Dandan Hui et al, Ultrafast optical switching and data encoding on synthesized light fields, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf1015
