倍增光信号可以增强光学计算机性能

光学倍增效应：一种结合光信号的新技术可以促进光学计算机的发展。iStock/7io 供图。

俄罗斯和英国的研究人员提出了一种新的、简单的方法，在光学计算机的逻辑门中产生二进制输出信号。该技术由俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究所（Skolkovo Institute of Science and Technology）的Nikita Stroev和英国剑桥大学的Natalia Berloff开发，将输入信号成倍地增加到逻辑门，而不是线性地增加。随着进一步的改进，它们的方法可以大大减少光学计算机运行所需的光信号数量，并提高它们解决复杂问题的潜力。

光学计算机正在成为解决传统电子器件局限性的新方法。它们不仅能够使信息通过其电路组件传播得更快，它们还应具有更低的能耗，并允许以新的方式处理信息，以便更有效地解决一些问题。不同于电信号，光学计算机使用光子的连续相来编码和分发二进制信息。构建光学计算机的一大挑战是光子通常不相互作用，因此很难创建逻辑门。使光子相互作用的一种方法是使用具有非线性折射指数的材料。当两个或两个以上的输入光信号在这种材料中相遇时，它们通过材料的电子发生相互作用。通过仔细设计这些相互作用，研究人员可以构建两个信号相加的器件，这样可提供所需的输出。

无法预测的相位

然而，在实践中，非线性材料可能会对输出信号的相位产生不可预知的影响。为了解决这个问题，研究人员引入外部共振激发来设置输出光子的相位以清除二进制的状态，但这不是理想的解决方案。Stroev和Berloff在研究中探索出了一种更有力的方法。它们不是线性地增加输入信号，而是通过乘以波函数来组合它们。在适当的条件下，研究人员计算出每个耦合信号的相位变化以达到最低能量配置。这产生了一个输出信号，其相位明显与0或1相关，无需任何其它信号。

两人的模型系统使用极化激元：通过光和物质之间的强耦合形成的准粒子，赋予它们多重的物理特性。在他们的设计中，他们将相干的，超快的极化激元脉冲的波函数相乘，通过暂时改变它们的耦合强度，引导它们走向正确的输出信号。信号中固有的噪声意味着，在将系统整合到光学计算机进行大规模生产之前，研究人员还需要对其进一步改进。然而，Stroev和Berloff方法的早期成功揭示了一条非常有希望的新途径，即在传统计算机无法处理的复杂领域，它可解决超快的现实世界问题。

这项研究在《Physical Review Letters》上有详细介绍。

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