飞秒逻辑门提供超快计算

日前，罗切斯特大学和埃尔兰根-纽伦堡大学的一个项目朝着更快的“光波电子学”和超高速计算机迈出了一步。据研究人员称，该小组已经展示了一个以飞秒时间尺度运行的逻辑门，有可能打开以拍赫兹速度进行信息处理的大门。

同步激光脉冲（红色和蓝色）在石墨烯中产生大量真实和虚拟的电荷载流子，这些电荷载流子被金属吸收以产生净电流

正如Nature所描述的，这一突破是通过首次利用和独立控制构成超快激光产生的电爆发的真实和虚拟电荷载流子来实现的。用激光产生超快电流脉冲一直是光学计算领域研究的一个重要课题，例如通过照亮连接两种金属的基于石墨烯的细线，激光脉冲可以激发石墨烯中的电子并将它们发送到特定方向。

然而，一个挑战是电子可能会被不可逆地激发，或者只是在照明期间短暂地激发。在光脉冲结束后无法观察到瞬态或“虚拟”电子，而永久或“真实”电子仍然存在。真实和虚拟电荷载流子都被金属吸收以产生净电流。

在埃尔兰根的实验测量和罗切斯特的计算模拟工作中，研究团队发现改变激光脉冲的形状可以产生只有真实或虚拟电荷载流子起作用的电流，以及独立控制两个电流。控制两个同步激光脉冲的形状或相位，每个脉冲都设计成用于创建真实或虚拟的电荷载流子，这意味着可以使电流相加或相互抵消。净电信号可以被视为逻辑信息0或1，产生超快逻辑门。

这个逻辑门的惊人之处在于，操作不是像在普通计算机中那样以千兆赫兹执行，而是以每秒一百万倍的速度执行，这是因为使用的激光脉冲非常短。新逻辑门背后的物理学源于对激光如何在纳米级系统中驱动电荷的基础研究，根据Ignacio Franco的说法，将该项研究将15年的理论研究带入了一个知识爆炸性增长的主题。