科技日报记者 张佳欣

由于电子开关的限制，传统的计算机处理器几乎已经达到了“时钟速度”的上限。时钟速度是衡量处理器打开和关闭速度的指标。据《自然·通讯》报道，美国能源部阿贡国家实验室和普渡大学的研究人员最近发明了一种新型的全光开关，这种开关用光而不是电来控制数据在芯片上的处理和存储方式。

可调节开关动态的基本原理。
图片来源：物理学家组织网

研究人员表示，以前的几代光学开关都有固定的开关时间，这些时间在制造时就被限定到了设备中。此次，研究团队用两种不同的材料制作了一种光开关，每种材料的开关时间都不同。一种材料（铝掺杂的氧化锌）的开关时间在皮秒范围内；另一种材料（等离子体氮化钛）的开关时间在纳秒范围内，是前者时间的100多倍。

研究人员表示，当使用光学元件而不是电子电路时，没有阻容延迟。这意味着，理论上他们能以比传统计算机芯片快1000倍的速度操作这些芯片。

根据研究人员的说法，不同材料切换时间的差异意味着开关可更灵活，在有效存储数据的同时快速传输数据。开关的双金属特性意味着，它可根据使用的光波长的不同而有多种用途。在实验配置中，开关材料起到吸收或反射光的作用，具体取决于工作波长。当被光束激活时，它们就会切换状态。

控制全光开关的速度对于优化其在各种应用中的性能至关重要。这些发现为开发出具有高度适应性的高效开关，用于增强型光纤通信、光计算和超高速计算技术等领域带来了希望。调整开关速度的能力，还使人们有能力进一步弥合光通信和电子通信之间的差距，从而实现更快、更高效的数据传输。这项研究为从根本上理解全光开关提供了宝贵的见解，并为设计先进的计算和电信设备铺平了道路。