用晶体管制造的逻辑门能够进行与非运算

超快光学计算现在能够与传统电路相连接。

用晶体管制造的逻辑门能够进行“与”“或”“非”等运算。近几十年来，科学家一直在尝试打造与电子门对应的光逻辑门。2022年12月9日发表在《科学进展》杂志上的一项新研究让我们距离光计算更近了，该研究还提出了一种很有前景的方法，将光计算与传统电子电路相连接。

该论文的第一作者、芬兰阿尔托大学的研究员张毅（Yi Zhang，音）说，关键是光的一个特性：手性。光线向前移动时，可以让它像螺丝上的螺纹一样运动，顺时针或逆时针旋转，形成右旋或左旋圆偏振。

为了建造光逻辑门，张毅和他的同事采用了一层二硫化钼（一层钼原子夹在两层硫原子之间），并将其放在二氧化硅上。然后，研究人员向该逻辑门照射两束光束。当输入光束具有相同的手性，即旋向时，输出是右旋的；当两个输入光束的手性不同时，输出光束是左旋的。

这种新器件可以作为同或门。通过添加滤波器或其他光学元件，研究人员打造了与门、或门、或非门、异或门和与非门。这些逻辑门的转换时间少于100飞秒，大约是电子门速度的100万倍。此外，科学家们发现，只要向二硫化钼施加电压，就可对逻辑门实现高速电路控制。

“传统的电计算和光计算之间的连接主要是通过低速且低效的光电转换或电光转换实现的。”张毅说，“我们展示了对手性光逻辑门的电路控制，实现了电计算与光计算之间直接互连令人激动的前景。”

此外，研究人员还表明，单个设备能够同时运行多个逻辑门。张毅指出，以前的电逻辑门和光逻辑门通常一次只能执行一种逻辑运算。他说，这些发现表明，同步多手性逻辑门能够帮助构建复杂的多功能电路和网络。

未来，研究人员希望在大规模电路中连接这些逻辑门，实现组件的操作“级联”。虽然以前的光逻辑门在级联时遇到了重大困难，但张毅表示，理论上，其团队的设备应该没有问题。

张毅指出，他们面临的最大挑战是逻辑门运算基础的非线性光效应的效率非常低。“好消息是，最近报道了几种新材料，具有高非线性转换效率。”他说。

审核编辑：刘清