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一種新的基于光學(xué)的通信工具可以像渦流一樣以快速的循環(huán)運動來傳輸數(shù)據(jù)。
近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項研究中所描述的這項光學(xué)進(jìn)展，可能成為下一代計算機(jī)的核心組成部分，用于處理人類社會對信息共享的日益增長的需求。
它也可能會消除人們對摩爾定律失效的擔(dān)心——摩爾定律認(rèn)為研究人員會找到新的方法來持續(xù)地使計算機(jī)變得更小、更快、更便宜。
“為了使用更少的能源來傳輸更多的數(shù)據(jù)，我們需要重新考慮這些機(jī)器的內(nèi)部機(jī)理，”Liang Feng博士說，他是布法羅大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電氣工程系的助理教授。
渦旋激光束的近距離圖像
該文章的另一位共同作者是布法羅大學(xué)的電氣工程教授Natalia M． Litchinitser博士。
另外的作者還有：布法羅大學(xué)博士生Pei Miao和Zhifeng Zhang；布法羅大學(xué)電氣工程助理研究員Jingbo Sun博士；布法羅大學(xué)博士后研究員Wiktor Walasik博士；以及布法羅大學(xué)畢業(yè)，目前在意大利米蘭理工大學(xué)教授Stefano Longhi博士。
幾十年來，研究人員一直能夠把比以前更多的元件集成到硅基計算機(jī)芯片上。他們的成功解釋了為什么今天的智能手機(jī)擁有比20世紀(jì)80年代世界上最強(qiáng)大的計算機(jī)更高的計算能力，而那些那時候的超級計算機(jī)的造價換算成今天的貨幣的話會達(dá)到數(shù)百萬美元之巨，而其尺寸與大文件柜差不多。
但研究人員正面臨著一個瓶頸，即現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)不能滿足社會對數(shù)據(jù)的需求。雖然各方的預(yù)測有所不同，但許多人認(rèn)為這很可能會在未來五年內(nèi)發(fā)生。
研究人員正以多種方式解決這一問題，包括利用光來傳輸信息的光通信技術(shù)。光通信的例子很廣泛，從古老的燈塔到現(xiàn)代用來看電視和上網(wǎng)瀏覽的光纖光纜。
激光器是當(dāng)今光通信系統(tǒng)的核心部件。研究人員已經(jīng)以各種方式來操縱激光，最常見的方式是將不同的信號匯集進(jìn)一條線路中，以攜帶更多的信息。但是這些技術(shù)——特別是波分復(fù)用和時分復(fù)用——也已經(jīng)達(dá)到了它們的極限。
布法羅大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的這個研究團(tuán)隊使用了另一種被稱為軌道角動量的光操縱技術(shù)來推動激光技術(shù)的進(jìn)步，該技術(shù)將激光放置在一個中心有渦流的螺旋圖案中。
通常這樣的激光器對于應(yīng)用在目前的電腦上來說還是太大了，但是布法羅大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的這個團(tuán)隊成功地將渦旋激光器縮小到了與計算機(jī)芯片相比擬的程度。由于激光束沿著一個螺旋圖案傳播，信息被編碼成不同的渦旋曲線，因此它能比直線傳播的傳統(tǒng)激光器多攜帶十倍的信息量。
渦旋激光器只是所需的許多組件之一，要制造更強(qiáng)大的計算機(jī)和數(shù)據(jù)中心，最終還需要先進(jìn)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)等才能繼續(xù)。
這項研究得到了美國陸軍研究辦公室，美國能源部和國家科學(xué)基金會的資助。
