我們的日常生活依賴于電子處理器，這些處理器執(zhí)行基本的算術(shù)，邏輯和控制操作，使從移動電話到智能電視的設(shè)備成為可能。然而，當(dāng)前的技術(shù)正在接近其極限，世界各地的研究人員正在尋求實現(xiàn)下一代計算。

在他們現(xiàn)在發(fā)表在Science Advances上的論文中，阿爾托大學(xué)的一個跨學(xué)科研究團(tuán)隊展示了一種新型的基于納米線的納米結(jié)構(gòu)如何使光能夠執(zhí)行邏輯功能，從而實現(xiàn)簡單的加法和減法操作。該研究是第一個展示納米級全光邏輯電路的研究，為實現(xiàn)真正的光學(xué)計算提供了重要的一步。

“我們能夠執(zhí)行二進(jìn)制數(shù)計算，并顯示，例如，這種納米結(jié)構(gòu)如何像一個簡單的袖珍計算器一樣執(zhí)行這些功能 - 除了不使用電力，納米結(jié)構(gòu)在其運行中僅使用光，” Henri Jussila博士，他在大學(xué)完成了博士后。

為了構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊采用了一種新方法來組裝兩種不同的半導(dǎo)體納米線，即磷化銦和砷化鋁鎵。納米線比人類頭發(fā)的直徑更短且指數(shù)更薄，具有獨特的一維結(jié)構(gòu)，使其能夠像納米尺寸的天線一樣發(fā)揮作用。

“我們使用簡單的梳理技術(shù)，類似于人們在早上梳理頭發(fā)的方式，組裝這些納米結(jié)構(gòu)，”Jussila解釋道。

利用這種機(jī)械梳理方法，納米線可以在任何特定方向上對準(zhǔn)，這與通常使用的制造的隨機(jī)排列的納米線不同。然而，重復(fù)是使天線成為理想對準(zhǔn)的關(guān)鍵。

“重復(fù)梳理方法使我們能夠構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)的集成器件，其中兩種不同類型的納米線彼此垂直，”阿爾托大學(xué)光子學(xué)組負(fù)責(zé)人Zhipei Sun教授說。

“一維和橫桿結(jié)構(gòu)是我們計算的核心，因為它們使輸入光能夠選擇與之相互作用的納米線 - 磷化銦或砷化鋁鎵，”何陽博士補(bǔ)充道。

根據(jù)輸入，在這種情況下，線性偏振光方向及其波長，納米線或者與輸入光相互作用或不與輸入光相互作用。這在實踐中類似于舊無線電接收機(jī)中使用的天線如何工作; 它們僅在指向最佳方向時接收信號，通常向上。由于不同納米材料的響應(yīng)不同，所以制造的納米線結(jié)構(gòu)的光輸出可以用不同的波長和光方向切換，以成功實現(xiàn)邏輯運算。