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光學工程
新型光螺旋技術可提高信息傳輸速率十倍

一種新的基于光學的通信工具可以像渦流一樣以快速的循環運動來傳輸數據。近日發表在《科學》雜志上的一項研究中所描述的這項光學進展,可能成為下一代計算機的核心組成部分,用于滿足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心——摩爾定律認為研究人員會找到新的方法來持續地使計算機變得更小、更快、更便宜。

幾十年來,研究人員一直致力于把比以前更多的元件集成到硅基計算機芯片上。他們的成功解釋了為什么今天的智能手機擁有比20世紀80年代世界上最強大的計算機更高的計算能力,而那時候的超級計算機的造價換算成今天的貨幣的話,會達到數百萬美元之巨,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,即現有技術已經不能滿足社會對數據的需求。雖然各方的預測有所不同,但許多人認為這很可能會在未來五年內發生。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。光通信的例子很廣泛,從古老的燈塔到現代用來看電視和上網瀏覽的光纖光纜。

激光器是當今光通信系統的核心部件。研究人員已經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一條線路中,以攜帶更多的信息。但是這些技術特別是波分復用和時分復用也已經達到了它們的極限。

布法羅大學領導的研究團隊使用了另一種被稱為軌道角動量的光操縱技術來推動激光技術的進步,該技術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用在目前的電腦上來說還是太大了,但是該團隊成功地將渦旋激光器縮小到了與計算機芯片相比擬的程度。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,要制造更強大的計算機和數據中心,最終還需要先進的發射機和接收機等才能繼續。


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