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三维光学拓扑绝缘体

2019-01-11 来源: 作者:

  光沿直线传播,这是很常识的一句话。但,科学家有办法让光拐弯。浙江大学和新加坡南洋理工大学的科学家合作构建出世界上首个三维光学拓扑绝缘体,在三维材料的“高速公路”上,一束光跑出了“Z”字形。10日凌晨,该成果在《自然》杂志发表。

  拓扑绝缘体是一种表面导电,内部绝缘的材料。电子在芯片里的运动,就像一辆辆跑车在集市里行驶,不断地碰撞,产生热量。拓扑绝缘体就像为电子建立了高速公路,让电子在一条条“单向车道”上运行。

  受到拓扑绝缘体的启发,科学家提出了光学拓扑绝缘体,试图将拓扑绝缘体的神奇特性拓展到光学系统。而在此前,光学拓扑绝缘体的实验研究长期局限于二维空间。

  对此,科研人员设计了一种由多个开口谐振器构成的单元结构,具有很强的电磁双各向异性特性,是宽频带三维光学拓扑绝缘体实验得以成功的关键。

  最终,联合课题组首次实现了三维光学拓扑绝缘体,它具有宽频带拓扑能隙。这种三维光学拓扑绝缘体,可以用印刷电路板技术制作完成。经课题组验证,由于表面光子受到该材料的拓扑保护,光子在传输过程中,不被杂质、缺陷或者拐角影响,成功避免了光因发生散射导致信息耗散的问题。

  “这项研究或可应用于三维拓扑光学集成电路、拓扑波导、光学延迟线、拓扑激光器以及其他表面电磁波的调控器件。”浙江大学信息与电子工程学院教授陈红胜说,对其它波色子系统(如声子及冷原子等)中三维拓扑绝缘体的实现也将有所启发。

  这或许是人类向光子芯片、光子计算机迈出的一步。未来,在微小的光子芯片里,光携带着信息在纵横交错的高速公路上奔跑,创造着更快更好的世界。

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  【光子人工智能芯片诞生 将中国芯片技术推向世界前沿】近日,中国研发成功的光子人工智能芯片项目落户顺义,即将投入量产,从而一举将中国的芯片技术推向了世界前沿。

  据了解,光子人工智能芯片的算力是传统电子人工智能芯片的1000倍,但功耗只有其百分之一,低延迟且抗电磁干扰。

  这款新型芯片由清华、北大、北交大等高校博士生创业研发成功,可广泛应用于手机、自动驾驶、智能机器人、无人机等领域。

  据研究团队负责人、北京交通大学通信与信息系统专业博士生白冰介绍,光子人工智能芯片的设计、加工、封装、测试全部在国内完成,摆脱了对国外高制程光刻机的依赖,是我国在芯片领域完成换道超车的核心技术。

  光子人工智能芯片采用硅基光子集成技术,让光提供算力,为人工智能应用提供高性能的硬件支持,如人脸识别、自动驾驶、安防监控、AI金融、AI医疗等。

  现行的集成电路的发展沿着摩尔定律已趋于极限,硅光子技术是突破摩尔定律的全新路径。通过硅光集成,用光代替原来的电进行传输,成本有可能降低到原来的十分之一,甚至更低。

  据悉,光子人工智能芯片可广泛用于手机、安防监控、自动驾驶、服务机器人、无人机、工业物联网、企业服务器和数据中心等关键人工智能领域,全面支持5G,几乎是量身定做的。

  显而易见,光子人工智能芯片是一个可能引发巨大产业新空间的前瞻性技术。

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