新型光子存储器或可打破网速瓶颈
本报讯（记者刘霞）据英国《自然》杂志网站2月27日（北京时间）报道，在互联网内行进的数据会在用于传输的光信号线和用于处理的电信号之间来回转换，因此，容易拥堵网络，成为制约网络速度的一个瓶颈。现在，日本科学家研制出了能耗更少、数据保存时间更长的新型光子存储设备，让信息不仅以光信号的形式传播，还能以光信号的形式存储和处理，有望让互联网变得更快速高效。研究发表在《自然·光子学》杂志上。
日本电报电话公司（NTT）的科学家多年来一直在研究这样的设备，但以前研制出的设备耗能太多且不能让数据保存很长时间。而新存储单元的能耗仅为30纳瓦，是以前设备的三百分之一；且能让数据保存1微秒，是以前250纳秒的4倍。该研究的主要作者、NTT光子纳米结构研究团队负责人纳富政弥（音译）表示，1微秒已足以对数据进行处理。
为了制造出这些光子存储器，科学家们以一块薄磷化铟平板开始其研究。在该平板中央，他们埋进了另一种光子材料—磷化铟镓砷的一段作为存储单元，这段磷化铟镓砷约4微米长、300纳米宽。科学家们在磷化铟上蚀刻了一些纳米小洞，制造出了一个结构，其仅能传输某些波长的光；通过该存储单元中间的一条通路则没有被蚀刻，以引导光进出。当特定波长的光照射在该存储单元上时，磷化铟镓砷的折射率会发生变化，使其仅能传输一种光脉冲。他们使用激光器从光子存储设备上阅读信息或将信息写到光子存储设备上，并使用另一个激光器提供稳定的背景光以帮助存储单元维持其状态。
接下来，他们将四个这样的存储单元整合在了同一块芯片上。纳富政弥表示，将一百万个这样的存储单元结合在一起制造出的设备能耗仅为30毫瓦，比闪存150毫瓦左右的平均能耗还低很多。他和同事正尝试添加激光器和光探测器以将更多读和写光子存储单元添加到同一块芯片上。
纳富政弥表示：“我们的第一个目标是用这些存储单元制造出网络路由器或服务器中的存储器；接着，我们希望取代高速计算机内的随机存取存储器。”
加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系纳米光电导体技术中心的主任常瑞华（音译）教授对NTT研发出的设备表示兴奋。她说：“互联网数据堵塞呈逐年上升的势头，用光子存储单元进行一些数据路由工作势在必行。”
总编辑圈点
尽管半导体制造一直遵循着摩尔定律，在性能上不断提升，但由于其材料电子性能的限制，这种提升空间已经接近极限。信息工业的发展，到了必须依靠质的突破来确保量的提升时刻，否则云计算、物联网等都将是没有效率和资源保障的空中楼阁。量子计算、光子传输和存储都被看作发展方向，寻找新材料和新理论成为了突破口，当前这些研究和突破看似琐碎和渺小，却是支撑战略性新兴信息产业的基础。
改变光纤直径让光纤变成微谐振器
据美国物理学家组织网12月14日报道，英国光纤实验室的研究人员通过对普通光纤的直径在纳米尺度上进行微调，让光纤成为了制造光子计算机必需的微谐振器，为研制出光子计算机开辟了新方法。相关研究发表在美国光学学会的《光学快报》上。
光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机，由于其运行速度和信息存储量远大于电子计算机，因此，许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。然而，要想制造真正的光子计算机，需要开发出可用一条光束来控制另一条光束变化的光学微谐振器这一基础元件。
对微谐振器来说，最有潜力的设计当然是一长串微环，将光子严密封锁在回旋的环内，接着让光子通过一个环到下一个环。链子越长，能存储的信息就越多。然而，即使目前最精确的制造工艺仍会在环内产生细小的瑕疵，导致信号逐渐减弱甚至完全消失。
最新研究的领导者米沙·萨米特斯基和同事利用光纤本身固有的属性，对光线的直径在纳米尺度上进行了微调，将光纤变成了微谐振器。他们让一条光纤变得非常狭窄，并在其附近垂直放置了另一条光纤。因为这两束光纤如此接近，且初始光纤已被缩小到原初大小的几分之一，因此，一部分光能进行一个所谓的“量子飞跃”进入到另一个光纤内。
这种微谐振器的信号损失非常小，同时能让光运行的距离比传统方法制造出的微谐振器高2个数量级以上。萨米特斯基表示：“光纤直径变化的精确性约为百分之一纳米，也是最高的精确度。”而且，如果将足够数量的光纤微谐振器耦合在一起，光脉冲内的信息可以被保存足够长的时间，以便科学家们进行光子计算。目前，他们能将10个光纤微谐振器耦合在一起。
以前也有实验利用光纤来做微谐振器，但它们主要依靠磨光或熔化光纤来改变其直径，这不仅会使光纤的结构非常不均匀，而且也无法达到纳米尺度。而最新方法能将微谐振器周长的变化控制在0.1纳米的精度以下。科学家们表示，能在纳米尺度上修改光纤的直径得益于光纤固有的一个属性，因此，只要光纤在同样的环境下制造出并被加热到熔点下，就能获得同样的效应，这就使这种技术能从实验室研究走向工业制造。这些微谐振器有望被用于制造各种专门设备，但其最大的应用潜力在于制造光子计算机以及用于基础的物理学研究中。（刘霞）
