将光子置于快速通道的装置

据报道，由瑞士、美国和瑞典的一组研究人员开发的闪电般的光电开关可显著推动许多新兴的基于光学和光子学的技术，包括自动驾驶汽车、神经网络以及光学和量子计算。新的开关以数十纳秒的速度运行，它依赖于静电、纳米级的薄质量膜的操纵，该膜形成了气隙混合光子-等离激元波导。该开关能够以低信号损耗和低电压将光从一个基于硅的计算机芯片转移到另一个芯片。

研究人员认为，这种快速重定向光信号的能力可能会在自动驾驶汽车中得到应用，例如，因为信号可以连续扫描道路的所有部分，从而测量其他车辆与行人之间的距离。对于神经网络，基于光的电路能够以比基于电的电路更快的速度传输更多信息，从而有助于诸如模式识别和风险管理等任务。

最近，来自苏黎世联邦理工学院，NIST和查尔默斯大学的科学家团队展示了艺术家对纳米级光电开关的渲染。

光子-等离子混合

开关利用入射光的波特性，对其金膜进行静电调节产生光波，这些光波要么相长干涉，彼此对准并增强，要么相消地相交，相互抵消。研究小组报告说，在具有破坏性干扰的情况下，该开关可以将光重定向到信号损耗低的另一个芯片。 同样重要的是，从芯片的硅波导漏出的光撞击了金膜，从而诱导电子群以等离激元形式振荡。研究人员将等离激元转换回光之前，可以在纳米级距离上操纵等离子体（比原始光的波长短得多），这使得光开关极为紧凑。

光沿着硅波导传播，其中金膜的静电调节可以阻挡或将光沿着平行波导重定向到另一个信号损耗低的芯片。等离子对金膜的影响意味着可以在纳米级距离上控制光，从而使芯片尺寸极为紧凑。

“我们的开关主要优点是能够在低驱动电压和较小的器件尺寸下感应pi相移，”美国国家标准技术研究院，美国马里兰大学和瑞士苏黎世ETH的项目负责人Christian Haffner说。 “此外，令我兴奋的是，我们可以使用等离激元元件实现此目的，而不会受该技术通常固有的高光学损耗的影响。”科学家曾经认为，等离子系统会衰减光信号，因为光子会穿透金膜的内部，在那里电子会吸收很多光能。研究团队装置的紧凑性以及确保几乎没有光子穿透膜的设计，意味着光信号损耗仅为2.5％，而以前的光学开关为60％。研究人员说，这将使这种新的开关投入商业应用。此外，国际团队希望通过缩短金膜和硅片之间的距离，进一步减少信号损失，从而使装置更小。

走向更复杂的量子电路？

Haffner说，对于模拟计算，新型光机械开关路由高速光数据流的能力可能会在超级计算机中得到更直接的使用。但是它为包括日光学量子计算在内的光学计算提供了巨大的潜力。Haffner说：“当前的光量子技术，包括实现光量子计算机的愿景，都需要紧凑且能耗低的经典相移元件。” 他指出，现有技术的光开关耗能大、体积大，产生的热量会降低量子态的纯度。Haffner说：“在这些应用中使用我们的开关可以克服这些限制，从而使量子电路具有更大的复杂性。”