淺談給計算機注入光短文
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最近,在德國慕尼黑大學的實驗室裏,阿希姆·維克斯福特和他的同學們找到了一種捕獲光束的方法,能把光束存儲一會兒,然後再把它放走。這種巧妙的方法對於製造未來的光學計算機可能具有深遠意義。
神奇的光具有通信和計算機技術人員所盼望的理想特性,其信息載運能力(或者說帶寬)非常巨大。一束激光脈衝一秒鐘就可傳輸整部《不列顛百科全書》。光還能輕而易舉地分成很多光束,成爲並行處理的理想媒介,而並行處理是高速計算技術的未來發展趨勢。還有,光的運動是宇宙中速度最快的。
光的運動速度快是個優點也是缺點,如果你想獲得數據,你必須讓它撞上什麼東西停下來。近年來,物理學家已設計出一些非常奇特的牆壁供光束撞擊,這些統稱爲光電子學技術會把光所攜帶的數據轉換成普通機器所使用的電子形式的技術。
應用光電子技術能夠把信息以光速從一個地方傳送到另一個地方,在越洋電話電纜、電視遙控器等各個領域都可見到光電子設備的身影。但是,在實際應用中,仍然要把光的驚人速度和傳輸容量轉換成緩慢的電子流,從而受到導電物體變幻莫測的電流的限制。如果能夠使用光而不是電子,那麼就有可能建造超高速的設備;如光學計算機。
爲了實現這一夢想,必須設法讓光在某些地方滯留一段時間以備使用,實際的滯留時間要足夠長,以使光束能夠充當光傳導數據的存儲器。
人們多年來一直在尋找製造這種光學存儲器的方法。他們嘗試了各種各樣的方法,有的方法要利用古怪的量子效應,有的方法則顯得直截了當(比如讓光在一個光纖做成的線圈中運行一段時間等)。
維克斯福特說,這些裝置的缺點在於它們的體積一般很龐大,爲了把光滯留百萬分之一秒,你需要300米長的光纖,並且它們還難以控制。他說:“理想的光學存儲器應該是一個小型容器,進入容器中的光信號應該能夠按人們的需要保留一段時間,然後再以光的形式釋放出來。”
維克斯福特的.研究小組今年早些時候在《科學》雜誌上公佈了他們的研究成果:一種把光存儲在比一個句號還要小的存儲裝置中的切實可行的方法。他們使用的是半導體材料,使這種裝置非常容易製造並且可與現有的電子技術相結合。
不過製造一種能夠捕獲、存儲和釋放光的存儲器要困難得多。
爲了克服這個障礙,維克斯福特的科研小組研究控制電子運動的新方法。他們發現表面聲波施加到晶體表面的波浪形壓力是一種大有希望的控制電子的方法。
維克斯福特的學生卡斯騰·勒克領導的一個研究小組使用一個高頻電場製造出了一種聲波。勒克和他的同事們還設法把能量保存了幾個微秒的時間,這比自然條件下電子空穴對的存在時間長了幾千倍。
但是這裏有個難題:所有這些實驗都是在只比絕對零度高4度的液氦低溫下進行的,並不便於在日常電器中使用。目前,維克斯福特則向人們表明,通過採用砷化鎵和砷化鋁半導體層,並且在表面裝上一個透明的電極用來產生電場,在液氮溫度下也能取得同樣的結果。
他們設法把光存儲了35微秒。通過進一步改善設計,他們認爲能夠在室溫下運行的裝置沒有理由不會很快做成。維克斯福特說,只要你知道了原理,就像生活中的平常事情一樣,製造一個光學存儲器是非常容易的。
這種“聲光”裝置大有用途。這種存儲器的靈活性爲製造一系列的裝置開闢了道路,這些裝置不僅能夠存儲光,而且還能夠處理諸如複合和分解(把很多輸入的光信號合成一個信號以及把一個信號分解成多個信號)這樣的任務。
維克斯福特說:“光學動態隨機存取存儲器在諸如光學模式的識別和圖像處理等領域具有誘人的應用潛力。”
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