科学家开发纳米光子器件，奠定下一代芯片技术发展基础

随着我们对能源效率和带宽需求的增加，光正在成为计算机和电信领域信息处理的主要载体。现在科学家开发出纳米光子器件，奠定下一代芯片技术发展基础。

我们知道在电子电路中，数据通常通过电子流传输，而电子流在通过芯片晶体管的铜线和许多电阻时，会产生大量热量。这意味着数据量越大，电子流传输产生的热量越多。要是继续推进数据传输，则需要一种不产生热量的新技术——光子传输。光子通信正在取代电子，成为整个光网络和计算机核心的主要信息载体。

然而，要完成这一转变仍然存在着巨大的工程障碍。支持光的工业标准硅电路要比现代电子晶体管大一个数量级以上。一种解决方案是使用金属波导对光进行 “压缩”–然而这不仅需要新的制造基础设施，而且光与芯片上的金属相互作用的方式也意味着光子信息很容易丢失。

现在，澳大利亚和德国的科学家们开发出了一种模块化的方法来设计纳米级器件，将传统芯片设计精华与光子结构相结合，帮助克服这些问题。

该研究在工业标准硅光子系统和金属基波导之间架起了一座桥梁，可以在保持效率的同时，将硅光子系统缩小100倍。

这种混合结构方式允许在纳米尺度上对光进行操纵，以十亿分之一单位计。科学家们表明，他们可以实现比携带信息的光波长小100倍的数据操纵。

这种效率和微型化将是计算机处理方式转变为以光为基础的计算机处理方式的关键。它在量子光信息系统的开发中也将非常有用，这是未来量子计算机的一个很有前途的平台。

使用金属的片上纳米级器件（被称为 “光子 “器件）可以实现传统光子器件不具备的功能。最值得注意的是，它们能有效地将光线压缩到几十亿分之一，从而实现了巨大的、无干扰的光与物质之间的相互作用。除了彻底改变了一般处理方式之外，这对于纳米光谱学、原子尺度传感和纳米级探测器等专业科学过程也非常有用。然而，它们的通用功能因依赖特殊设计而受到阻碍。

该研究已经表明，两个独立的设计可以连接在一起，以增强以前普通芯片的运行性能。信息处理的未来可能会涉及到使用金属的光子，这些金属将光压缩到纳米级，并将这些设计集成到传统的硅光子学中。

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