美空军投资光开关研究 可用于量子计算机与通信

21ic通信网讯，如果研究人员能够有效地使一个光子充当开关或半导体，对于电信与计算机领域将是革命性的突破。这样的光子将被称为光开关，控制信号在光纤或集成光路中传输，能够迅速简易地切换电路。

在一个光子作为晶体管的情况下，晶体管的特性仍然适用，但晶体管不仅仅限于像开关一样产生启动和停止的电子信号，同样能够借助系统实现信号的调控和放大。我们都熟悉基于硅的晶体管和半导体，但在大规模集成元件中，其调控速度较光子有较大的差距。

另一个则是电子系统处理过程中，电流从终端到终端的过程中所遇电阻问题。随着光纤的运用，较铜线而言，阻力已经大大降低。例如，信号在光纤中可以通过电子开关或电子晶体管中控制。但在光子开关中可以调制波长。单光子开光可能带来量子计算机的全新设计。

光计算能够运用于传统计算机与量子计算机，较之于其他传统计算机，将具备指数级倍数的速度优势。对于美国空军，指数增长的数据处理能力将对通信联络、目标捕捉、密码系统都是有帮助的。

目前仍存在困难需要克服，美国空军科技研究办公室(AFOSR) 已经投资一个研究小组试图让光子按与自然规律相反的方式运动。纯光学计算需要解决光粒子、光子、光子状态的制备与调制。在自然状态下，光子是难以达到要求的，甚至是相反的状态。

AFSOR支持的麻省理工学院电子实验室以及哈佛大学、维也纳技术大学发表了研究文章，验证了由单个光子控制光子开关，实现了光控光。光开关的制造不需要太多的技术，两个光镜之间的空腔作为光学谐振器主要用于产生磁场。空腔中充入经过冷却的铯原子。这种原子不会干扰反射镜中光的通过，但在光开光开启时，会发生单光子，并以不同的角度发射到铯原子中。“门光子”进到一个铯原子的一个电子以达到一个更高的能量级，从而改变了空腔的物理特性，使光线不能再通过它，这样就产生一个on / off开关。

光学计算将在能源控制方面有所提升，较电力驱动电路而言，具有功率消耗少、发热少的优势。更为有利的是量子计算中光子的叠加能力。虽然纯光学量子计算还有很长的路要走，单光子开光是一个重大的阶段成果。