2/07/2025，光纖在線訊，賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于非厄米物理的新型光子開關(guān)。這款開關(guān)的單元尺寸僅為85×85 ?m，能夠在萬(wàn)億分之一秒內(nèi)重新定向光信號(hào)，突破了傳統(tǒng)開關(guān)在尺寸和速度上的限制。通過在納米尺度操控光信號(hào)，該技術(shù)展現(xiàn)出在數(shù)據(jù)中心、光通信系統(tǒng)和人工智能訓(xùn)練等領(lǐng)域的巨大潛力。

小尺寸與高速度的結(jié)合
        隨著現(xiàn)代通信技術(shù)對(duì)高數(shù)據(jù)速率和低延遲的要求不斷提高，光通信領(lǐng)域迎來了新的突破。近期《Nature Photonics》發(fā)表的一篇論文中，賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員描述了一種新型光子開關(guān)。該開關(guān)的單元僅為85×85 um，比一粒鹽還小，卻能夠在萬(wàn)億分之一秒（皮秒）內(nèi)重新定向信號(hào)，這得益于他們?cè)诩{米尺度對(duì)光信號(hào)的精準(zhǔn)操控能力。

        “通過這種技術(shù)，我們能夠顯著加快數(shù)據(jù)的傳輸和處理速度，從流媒體視頻播放到人工智能模型的訓(xùn)練，所有領(lǐng)域都將從中獲益?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人梁峰教授表示。

      
新型器件結(jié)構(gòu)與原理
        該光子開關(guān)是一種混合結(jié)構(gòu)，由硅和銦鎵砷磷（InGaAsP）材料組成。底層為硅層，頂部的InGaAsP層則提供光增益。

        通過調(diào)節(jié)增益層的光增益水平，研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)垂直耦合波導(dǎo)的控制，使光信號(hào)在不同輸入和輸出端口之間切換。關(guān)鍵的“特殊點(diǎn)”技術(shù)使得切換動(dòng)態(tài)達(dá)到約100 ps的水平。

        值得一提的是，器件的設(shè)計(jì)基于非厄米物理學(xué)，這是量子力學(xué)的一個(gè)前沿分支。通過研究系統(tǒng)在非傳統(tǒng)狀態(tài)下的行為，研究人員對(duì)光的行為獲得了更大的控制力，最終實(shí)現(xiàn)了這一創(chuàng)新性突破。

技術(shù)挑戰(zhàn)與突破
        盡管最終取得了成功，但研究團(tuán)隊(duì)面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。特別是在硅層和InGaAsP層的對(duì)齊上，任何納米級(jí)的誤差都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)器件失效。

        “這就像制作一份精致的三明治，任何一層如果稍有偏差，都會(huì)讓整個(gè)三明治無法食用，”梁教授形象地比喻道。通過多次試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)成功達(dá)到了納米級(jí)的精確對(duì)齊。

應(yīng)用前景
        這項(xiàng)技術(shù)的潛力不僅限于理論研究。光子開關(guān)的高速、低能耗和小尺寸特性使其成為數(shù)據(jù)中心的理想選擇，可以顯著提高光纖通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐能力。

        這種光子開關(guān)還可以應(yīng)用于圖像傳感器、量子計(jì)算和人工智能訓(xùn)練等多個(gè)領(lǐng)域，未來有望推動(dòng)多個(gè)行業(yè)的技術(shù)革新。

研究支持與展望
        研究人員認(rèn)為，這一突破將不僅惠及學(xué)術(shù)領(lǐng)域，還將為依賴數(shù)據(jù)中心的數(shù)十億用戶提供更快、更高效的服務(wù)。

這項(xiàng)技術(shù)的誕生無疑為未來的光通信發(fā)展鋪設(shè)了重要基石。隨著更多研究的展開，我們有理由期待光子交換技術(shù)在未來實(shí)現(xiàn)更多令人振奮的應(yīng)用場(chǎng)景。

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來源： Luceda