光电计算机制造的关键性突破 同一电子芯片上具备光和电的性质

“人们相信，最好的计算机是用电信号来处理而用光信号来传输。”美国东北大学物理学副教授斯瓦迪克·卡尔说。为此人们迫切需要一种芯片整合设备，既能用光输入，也能用电输入来进行逻辑操作。

美国东北大学和韩国庆熙大学科学家共同发表在最新一期《自然·光子学》杂志上的论文显示，他们首次在一块电子芯片上整合了电子和光的性质，并开发出一系列基于这种芯片的创新型设备，为制造混合光电逻辑元件提供了一种可升级平台，也代表了未来光电计算机制造中的一项关键性突破。

去年，卡尔和本校机械与工业工程系副教授容俊中(音译)合作发现，如果把碳纳米管和硅连接，其界面上产生光感应电流的速度比传统光电二极管中的硅—金属界面更快。“这种能让电流‘突然激增’的性质有助于我们设计出用光开关的先进设备。”卡尔说。

据物理学家组织网报道，他们利用这一发现，开发出一种新的基于光电二极管的逻辑设备，用碳纳米管和硅的混合连接，就可以用光和电两种输入来操控输出电流。他们还与韩国庆熙大学教授权永昆(音译)合作，运行了这些连接的计算模型。

这些新开发的创新型设备包括三种新元件和一个升级设备。第一种是“与门”(AND-gate)，需要同时有电子和光输入而产生一个输出，这种开关要两因素同时具备才会触发;第二种是“或门”(OR-gate)，只要两个感光器其中之一输入，就会产生一个输出;第三种是一个4-比特光电数字—模拟转换器，可用于把数字信号转换为模拟信号，比如把MP3文件的数字内容转换成真实音乐，这种能力非常重要。

升级设备是把25万个微芯片集成在一个约1厘米见方的晶片上，就像一个摄像机传感器的前端。虽然这种设备要充分发挥功能还要更多微芯片，但目前可用来测试他们的汇编程序是否可重复。

研究人员指出，计算机即使要输出最简单的结果，每秒钟也得处理数十亿次计算步骤。如果每一步都能快一点点会怎样?卡尔说，要提高它们处理这些步骤的能力，就要从只提高一步开始，这就是我们所做的。