随着摩尔定律开始放缓，人们正在寻找新的方法来保持处理速度的指数级增长。新的研究表明，一种被称为“光波电子学”的奇异方法可能是一种有前途的新途径。
虽然计算机芯片的创新远未消亡，但有迹象表明，我们在过去50年中习惯的计算能力的指数级增长开始放缓。随着晶体管缩小到几乎原子尺度，越来越难以将更多晶体管挤压到计算机芯片上，削弱了戈登·摩尔（Gordon Moore）在1965年首次观察到的趋势：这个数字大约每两年翻一番。
但是，处理能力方面一个同样重要的趋势很早就消失了：“Dennard缩放”，它指出晶体管的功耗与其尺寸一致。这是一个非常有用的趋势，因为芯片会迅速升温，如果它们消耗太多的功率，它们就会损坏。Dennard缩放意味着每当晶体管收缩一个nk时，它们的功耗也会降低，这使得在不过热的情况下更快地运行芯片成为可能。
但这一趋势早在2005年就被打破了，因为在非常小的尺度上电流泄漏的影响越来越大，芯片时钟速率的指数级上升逐渐消失。芯片制造商通过转向多核处理来应对，其中许多小型处理器并行运行以更快地完成作业，但从那时起，时钟速率或多或少一直停滞不前。
然而，现在，研究人员已经证明了一种技术的基础，该技术可以使时钟速率比今天的芯片高一百万倍。这种方法依赖于使用激光来引发超快的电脉冲，并已被用于创建有史以来最快的逻辑门 - 所有计算机的基本构建块。
所谓的“光波电子学”依赖于这样一个事实，即可以使用激光来激发导电材料中的电子。研究人员已经证明，超快激光脉冲能够在飞秒时间尺度上产生电流突发 - 百万分之一十亿分之一秒。
事实证明，用它们做任何有用的事情都更加难以捉摸，但在_《自然》杂志_上的一篇论文中_，_研究人员利用理论研究和实验工作的结合，设计了一种利用这种现象进行信息处理的方法。
当该团队将超快激光发射到两个金电极之间的石墨烯线时，它产生了两种不同的电流。一旦光被关闭，一些被光激发的电子继续向特定方向移动，而另一些电子则是瞬态的，我们只在灯亮起时运动。研究人员发现，他们可以通过改变激光脉冲的形状来控制产生的电流类型，然后将其用作逻辑门的基础。
逻辑门的工作原理是采用两个输入（1 或 0），处理它们，并提供单个输出。确切的处理规则取决于实现它们的逻辑门的类型，但例如，如果AND门的两个输入都为1，则AND门仅输出1，否则输出0。
在研究人员的新方案中，两个同步激光器用于产生瞬态或永久电流的突发，这些电流充当逻辑门的输入。这些电流可以相互加起来或抵消，以提供相当于1或0的输出。
由于激光脉冲的极端速度，由此产生的栅极能够以立格兹的速度运行，这比当今最快的计算机芯片可以管理的千兆赫兹速度快一百万倍。
显然，该设置比用于传统逻辑门的晶体管的简单排列要大得多，也复杂得多，将其缩小到制造实用芯片所需的规模将是一项艰巨的任务。
但是，尽管petahertz计算不会很快出现，但这项新研究表明，光波电子学可能是探索未来计算的一个有前途的强大新途径。
来源：罗切斯特大学/迈克尔·奥萨奇
