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科学家研发新型光子芯片!用声波有效抗噪,突破数据传输瓶颈

  编译 | 段祎
  编辑 | Panken
  芯东西3月17日消息,据荷兰特温特大学(UT)独立新闻媒体U Today 3月14日报道,该校非线性纳米光子学小组的教授David Marpaung和他的团队设计了一种高性能新型光子芯片。该芯片可以用光波和声波的组合来处理数字信息,这种下一代芯片相较与基于电流的传统芯片,体积更小、信息传输量更大、精度更高、能耗更少。
  新型光子芯片可能将带来新一轮技术革新,彻底改变数据传输。它可以用于太空和国防技术、下一代通信技术,还有量子计算机。因新型光子芯片具有巨大的研究前景,该研究项目获得了250万欧元的欧盟资金。   一、新型芯片设计基础:摒弃红外光,使用红光让光路可见
  乍一看,David Marpaung和他的团队的实验装置与房间里的许多其他装置相似:黑色窗帘将实验室桌子隔开,桌子上摆满了细光纤、显微镜和看起来很复杂的设备。但是科学家们在这里进行了独特的实验,这可能会改变数字信息的处理方式。这一切与一个放在显微镜下的微型芯片有关,这枚芯片的尺寸大约为1.5cm*1cm。附近的电脑屏幕全屏显示着芯片。芯片边缘进入表面的微小线条清晰可见,形成类似于赛道的图案。
  ▲David Marpaung和他团队的实验室环境(图源:U Today)
  "原则上我们使用红外激光来测试和进一步开发这种芯片,但为了使光路可见,我们使用红光。"Marpaung解释道。他打开光源,肉眼看不见的红光冲过细细的光纤,传递到连接的芯片上。Marpaung指着赛道(线条)亮起的红色的屏幕:"你看光是如何通过这些细线引导的,这些是特殊的光通道,是我们新芯片设计的基础。"
  ▲实验室电脑屏幕上显示的通路(图源:U Today)   二、打通"光的高速公路",小体积优势让海量数据顺利集成
  芯片是现代生活的重要组成部分。芯片的低成本使得其可以大规模生产,并彻底改变了电子设备。芯片由许多电子电路组成,这些电路充当信息传输的高速公路,被镶嵌在一块平坦的硅片上。从计算机、手机、汽车和许多家用电器到航天器和卫星的现代技术,一切都离不开它。随着时间的推移,芯片的尺寸变得越来越小,而它们的性能却不断提高,从而可以生产出更好更快的电子产品。
  芯片技术的下一件大事是所谓的光子芯片。这些芯片通过光而不是电传输信息,光通道或光波导被视为"光的高速公路"。这种基于光的信息传输与传统芯片相比具有多项优势,且具有改进当前基于电传输的芯片的巨大潜力。
  "基于光的芯片体积更小,可以打包和处理更多信息,同时消耗的能量比传统芯片少得多,"Marpaung说,"这些优势对于大型数据中心尤为重要,数据传输的限制和巨大的能源成本正成为日益严重的问题。" 另一个优势是它们可以顺利集成到现有电子设备中,因为它们的基本运行方式与传统芯片类似。   三、挑战声、光波结合改进,探索信息管理新的可能性
  然而,改进当前的光子芯片是有可能的。科学家们发现,当声波与光波结合时,它们的相互作用可能会促成比光子芯片更好的信息管理和传输。"当你在光子芯片中引入声波时,声波本质上是一种比光波传播速度慢得多的机械波,就会出现一系列全新的信息管理可能性,"Marpaung说,"声波较慢的传播速度使得处理信息的准确性和分辨率高得多。它使您可以更轻松地滤除噪音、放大信号和选择您想要保留的信息或数据。这可能会使信号更清晰、噪音影响更小。"
  在微型芯片中引入声波本身就是一个挑战。科学家们设法通过使用两束不同频率的激光束来做到这一点。通过将激光束对准光波导内部,它们会相互影响,在某些点,激光束会相互削弱,而在其他点,它们会相互增强,这一过程称为光的干涉。
  "在激光相互增强的地方,它们会产生一种作用力,就像锤子一样,"Marpaung解释道,"这种力量短暂地压缩了光通道的材料并产生了某种‘砰’,声波诞生了。" 声波与光一起穿过光波导,压缩周围的光通道材料。这种压缩也会影响和改变光的传播速度。因此,通过调制声音,科学家们还可以操纵穿过芯片的光波,从而处理基于光的信息传输。
  ▲David Marpaung手中的新型光子芯片(图源:U Today)   四、引导光传播的氮化硅和玻璃,光通道材料两大功臣
  虽然理论成立,但在实践中仍存在一些问题。构建可以很好地引导声波的包含光波导的芯片是一个巨大的挑战,但这是在光和声音之间进行适当交互时必面临的问题。例如,在现代硅光子芯片中,通道对光运行良好,但对声波则不然。其他芯片材料可能表现出相反的情况。因此,科学家们需要建立一个同时适用于光波和声波的光通道,这是一个非常复杂的任务。他们通过微妙操纵标准光子芯片的设计解决了这个问题。这些标准芯片中的光波导由两种不同的材料组成,即氮化硅和玻璃,它们经过优化以引导光。在氮化硅核心中,光缓慢传播,周围环绕着玻璃外壳,光线快速传播。
  Marpaung说:"最后,光以较低的速度被引导通过并保留在核心内,因为它由于全内反射而在材料界面之间反弹。如果只有一种材料,光就会四处散乱,没有导向。然而,对于声波来说,情况恰恰相反,声波在地核内部传播得更快,这导致大量声波从地核外部逃逸,阻止了光波和声波之间的相互作用。因此在传统的波导设计中光波和声波不能有效地结合。 "
  Marpaung教授和他的团队提出了一种出色的标准光波导替代设计,解决了光波和声波不能有效结合的问题。Marpaung教授解释说:"我们制作了一种波导,在玻璃外壳内包含的不是一个而是两个氮化硅核心。" "当光线穿过这两个核心时,核心之间会有一些光泄漏到玻璃外壳中。如果我们也在核心之间创建声波,引导它进入玻璃外壳内部,就能将声波和光波保持在一个空间中,让声音干扰光。
  Marpaung教授称,该解决方案的优点在于,基于稳定成熟的设计光波导可以轻松修改以适应更多应用。"这个新设计基本上是原理的证明,"Marpaung还说,"在对我们的基本设计进行修改和缩放之后,将会有很多应用出现,因为声波可以以高分辨率和高精度过滤和选择信息。例如,它可以用于太空和国防技术、下一代通信技术,还有量子计算机。因为这些有前景的应用,我们的团队通过一项非常有声望的ERC Consolidator,获得了250万欧元的欧盟资金!"
  ▲非线性纳米光子学小组的教授David Marpaung和他的团队(图源:U Today)   结语:攻克技术难题,新型光子芯片未来可期
  与传统的电传输的芯片相比,新一代光子芯片有三大优势:体积更小、打包处理信息更多、耗能更少。这种基于光通道的芯片潜力巨大,同时,在研制过程中遇到的难题也会更多。
  科学家将声波和光波结合,做出进一步改进,通过声、光波的相互作用促成比光子芯片更好的信息管理和传输,使信号更清晰,噪音影响更小。与此同时,氮化硅和玻璃材料在光通道中对光传播时的引导也极为重要,为声、光波结合做出了进一步的贡献。
  总之,新一代光子芯片未来可期,我们将共同期待它带来的新一轮技术革命。

前三季度中央企业营业收入同比增长10。9新华社北京10月25日电(记者王希)国务院国资委25日发布的数据显示,今年前三季度,中央企业经济运行平稳,效益回升向好,前三季度累计实现营业收入29。0万亿元,同比增长10。9。统经历160年来最大翻新工程后,英国大本钟秘密调时环球时报综合报道30日,英国在这一天将时间从夏令时调整至冬令时,即格林威治时间。同时,在经历160年来最大的翻新工程后,伦敦大本钟也被重新校正为标准的格林威治时间。据英国每日邮报3读首诗再睡觉在一个被遗忘的夜晚,你衔走了我的往事清明今日,世间所有的路都通往山上的墓地所有飘飞的雨滴都落在,愧疚的心里生长出许多回忆。年年清明。今又清明天南地北的人都心怀感恩带上鲜花,带上供品匍匐于心中的那块丰碑在缅怀中走进过去抚顺的电车往事8月末尾,夏日已染上一丝秋意,而午后毒辣的阳光依然威力不减。看不见的烟尘给蓝色的天空蒙上一层灰白的调子,也让我身侧原本就深不见底的巨大矿坑看上去更加迷蒙。我按照地图上的指引,穿过道中原王朝之耻宋徽宗率1300北宋皇族男女半裸跪拜完颜阿骨打牌位宋徽宗与宋钦宗的牵羊礼大家好,我是兰台。今天兰台给大家介绍中国五千年历史上唯一一起亲儿子诬告自己的皇帝父亲谋反的案子。是的,大家没听过,就是皇子举报自己父皇谋反。这件案子可以说历史想打破美国垄断,取代中国地位,印度芯片野心勃勃,能成功吗?头条创作挑战赛建厂造芯的工作被各国地区摆上日程,试图在未来建成应对芯片产业挑战的芯片工厂。比如美国拿出520亿美元的补贴,吸引台积电,三星等外企到当地投资建厂。不仅如此,在造芯这件封建王朝为什么逃不过历史周期论大家都知道历史上的每个朝代都逃不过历史周期论,强如汉唐宋明清,在成立两三百年后都相继灭亡,于是很多人便得到一个结论,就是没有哪一个朝代能逃脱这个宿命。长则两三百年,短则数十年。如果为什么除了元朝,中国各个王朝从未试图征服日本?在中国数千年的历史上,只有元世祖忽必烈对日本本土发动了两次东征。忽必烈是大元王朝的开国皇帝,他之所以要两次远征日本,当然也不是心血来潮,而是有着各种综合考虑。忽必烈征伐日本的初始动在印度,种姓决定地位,为什么低种姓人不冒充高种姓人?在很多国人眼中,印度是一个非常奇葩的国家。在这个国家里,总会发生一些让人或瞠目结舌或引俊不禁或难以理解的事情。实际上,这些奇葩的背后,往往跟印度复杂的种姓制度有关在印度,自古以来就双旗币在历史上有怎样的经济地位诞生条件1911年12月29日,经辛亥革命后,已光复的17省代表在南京推选孙中山为中华民国临时大总统。1912年1月3日,中华民国政府宣告成立,清朝灭亡,在中国持续2000多年的封轮到你请客时,无论什么规格,这3种酒不要带上桌,免得丢面子在我们的生活中,是离不开社交的。多交一个朋友,在以后遇到困难的时候,他们就会帮上你一把。而社交最靠谱的方式就是吃饭。请客吃饭就是广交朋友沟通感情的载体。尤其是在我们国家,是很看重人
正月初十地日,老人说初十吃3宝,财富往家跑,3宝指啥俗话说不出正月都是年,虽然春节假期已经结束,但按照传统,到了二月二龙抬头后,这年才算过完。特别从正月初一到正月十五,天天都是节,更有着各种各样的年俗,到了正月初十,则是民间的石头节甘肃省政府印发重要通知甘肃省人民政府关于印发甘肃省人民政府工作规则的通知甘政发20238号各市自治州人民政府,甘肃矿区办事处,兰州新区管委会,省政府各部门甘肃省人民政府工作规则已经2023年1月19日省甘肃省公安厅发布公告面向社会公开招聘警务辅助人员80名原标题省公安厅发布公告面向社会公开招聘警务辅助人员80名中国甘肃网1月30日讯据兰州晚报报道(记者陈梦圆)近日,省公安厅发布2023年上半年面向社会公开招聘警务辅助人员公告,计划招周立波沦落到今天这一步,是有原因的2010年,周立波在台上公然嘲讽郭德纲,大蒜咖啡论就此发酵。周立波自比喝咖啡的绅士而郭德纲一流,则被比作吃大蒜的粗人。这样的言论狂妄至极,也注定了周立波的陨落。此后多年,周立波背负300万500万,布莱顿签下了三笘薫凯塞多只花了800万欧直播吧1月30日讯布莱顿本赛季表现持续惊艳,19场比赛后9胜4平6负,位居英超第6,本赛季各条战线上曾击败曼联利物浦切尔西阿森纳等豪强。多位球员的出色发挥也成为了关注点。据德转记录57岁赵奢贬斥赵括后随即身亡,赵丹他若活着,又何惧白起之流公元前260年,秦将王齕与赵括对峙于长平,互相攻伐已有月余。在秦国秘密换将后,白起示敌以弱,诱使赵括轻敌突进,进而俘杀45万赵军。一时间,赵国从硬撼秦国的军事强国,沦为哀鸿遍野的妇狂飙假如高启强当初没有遇见安欣最近大火的狂飙,稳居网剧收视率第一,各个年龄段的人都在追这部剧。我更是一晚上连看了7集都觉得不过瘾,感觉比以前那种封神的美剧拍的还好。看了之后,感受良多,下面谈谈我最大的感受机会大沈腾恐怕以后没法再上春晚,致命失误春晚导演启动紧急预案!文云上乌托邦编辑云上乌托邦前言2007年,在春晚联欢晚会上发生了震惊全国的黑色三分钟,当时央视六位顶尖主持人接连出错,差点造成了春晚史上最大的噩梦。虽然最后零点钟声照常敲响,但任谁苦情专业户陈瑾她和哥哥都未婚,兄妹俩有个悲情约定头条创作挑战赛点击关注,每天都有名人故事感动您!陈瑾陈瑾是著名的实力派女演员,她在唐山大地震中饰演悲情养母董桂兰,在满城尽带黄金甲中饰演惨死的蒋氏在都挺好中饰演重男轻女的牺牲品赵美2023年在马留学人员春节联欢晚会举行(神州学人网讯)1月19日晚,马来西亚中国学生学者联谊会(以下简称全马学联)举办2023年在马留学人员春节联欢晚会,驻马来西亚大使欧阳玉靖出席晚会,与来自马来西亚20多所高校的20兴登堡回应亚洲首富阿达尼不要把公司及个人和印度崛起混为一谈财联社1月30日讯(编辑马兰)美国做空机构兴登堡(HindenburgResearch)再次反驳亚洲首富阿达尼(GautamAdani)对其集团的辩护,称阿达尼集团的欺诈行为不能被