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光敏三极管

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”Agarwal说

发布时间:2019-06-08

  当前的计算机系统用电来表示信息的比特,二进制代码的1和0。诸如晶体管之类的电路元件对这些电信号进行操作,产生取决于其输入的输出。

  宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院材料科学与工程系教授里特什阿加瓦尔(Ritesh Agarwal)知道,他们可以更加强大。光子计算领域旨在通过使用光作为媒介来实现该目标。

  Agarwal对光子计算的研究一直致力于寻找能够以类似于电子计算机组件的方式放大和混合光波的材料的正确组合和物理配置。

  在Nature Communications上发表的一篇论文中,他和他的同事迈出了重要的一步:通过定制的电场精确控制光信号的混合,并获得具有接近完美对比度和极大开/关比的输出。这些属性是创建工作光学晶体管的关键。

  “目前,为了计算5 + 7,我们需要发送5的电信号和7的电信号,并且晶体管进行混合以产生12的电信号,”Agarwal说。“利用光线做这件事的障碍之一是,能够混合光学信号的材料也往往具有非常强的背景信号。背景信号会大大降低对比度和开/关比率,从而导致输出错误“。

  在背景信号冲洗出预期输出的情况下,光学晶体管的必要计算质量,例如它们的开/关比,调制强度和信号混合对比度都非常差。电子晶体管对这些质量具有高标准以防止错误。

  寻找可用于光学晶体管的材料因额外的性能要求而变得复杂。只有“非线性”材料能够进行这种光信号混合。

  为了解决这个问题,Agarwal的研究小组首先找到了一个没有背景信号的系统:一个由硫化镉制成的纳米级“带”。然后,通过在纳米带上施加电场,Agarwal和他的同事们能够向系统引入光学非线性,使得信号混合输出能够为零。

  “我们的系统从零到极大值开启,因此具有完美的对比度,以及大调制和开/关比,”Agarwal说。“因此,我们首次拥有一台输出真正类似于电子晶体管的光学器件。”

  随着其中一个关键组件成为焦点,光子计算机的下一步将涉及将它们与光学互连,调制器和检测器集成,以演示实际计算。

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