據（jù）美國物理學（xué）家組織網5月3日報道，美國聯合量子研究所（JQI）的（de）科學家最新（xīn）研（yán）製出迄今能耗最（zuì）低的一款全光開關。新開關有望成為光（guāng）子學和電子學“聯姻”的紐帶，科學家們可據此研究出能工作的光電通訊協議。研究發表在《物理評論快報》雜誌上（shàng）。

      新開關能（néng）引導光（guāng）束從一個方向到達另（lìng）一（yī）個方向，整個過程隻需耗費120皮秒（120萬億分之一秒），而且能耗僅為90阿焦（即（jí）1×10-18焦耳），是（shì）目前能耗最低的（de）全光開關（guān），其能耗僅為此前日本（běn）研製出的全光開關的五分之一（yī），是其他全光開關的百分之一。科學家（jiā）們使用了波（bō）長為921納米的近紅外線，約有140個光子（zǐ）。

      大多數電子（zǐ）設備（bèi）的核心部件（jiàn）是晶體管，它（tā）是一種固體半導體器件，在其中，一個門信號被（bèi）施加到（dào）附近細小的導電通路上，以此打開和關閉信息（xī）信號的傳送通道。而在光子學內（nèi），固體器件全光開關既能像門一樣，打開或關閉光通過附近波導的通路；也能（néng）像路由器一樣，將不同方向上的光束打開或關閉。

      實驗（yàn）由馬裏蘭大學的埃多?沃克斯和同事在（zài）馬裏蘭大學和國家標準與技術研究所（NIST）進行。他們使用置於共振光腔內的（de）一個量子點（相當於一個門）製造出了該全（quán）光開關。該共振光腔是一個擁有（yǒu）很多小洞的光子晶（jīng）體，隻允許少數光波通（tōng）過該（gāi）晶體。量子（zǐ）點由銦和砷組成，僅為1納米大小，使在其內部移動的電子隻能散發出（chū）波長不連貫的光。

      當光沿著附近的波導行進時，其中的（de）一些光會進入共振（zhèn）光腔內，同量子點相互作（zuò）用，正是這種相互作用改變了波導的傳輸特性。盡管140個光子都需要在波（bō）導內來產生開關行為，但其實隻有6個光子做到了。

      以前（qián）研製出的（de）全光開關隻能（néng）通過使用笨重的非（fēi）線性（xìng）晶體和（hé）高輸（shū）入功（gōng）率來工作。而新開關使用單個量子點和（hé）非常低的輸入功率就獲得了極高的非線性相互作用，不過，盡（jìn）管其能耗比日本研製出的全光開關（guān）低，但日本的開關能（néng）在室溫下操作，而新（xīn）開關隻能在40開（-233.15攝氏度）左右工作。

      JQI的科學家拉諾伊?鮑斯表（biǎo）示，該量子點開關還不能完全算是一個“光學晶體管”，目前還隻能使用低光子數量脈衝來調製一束光，他希望能增加（減少）打開和關閉共振腔所需要的光子數量（liàng）。

      不過，鮑斯也強調（diào）稱，新開關預示著科學家們可以製造出（chū）一種能工作的（de）、超快速、低能耗的芯（xīn）片信號路由器。鮑斯說：“最新研究（jiū）表明，隻需要使（shǐ）用6個光子的能量就能執行（háng）開關任務，以前從來沒有人做到這一點（diǎn）；以前也沒有人（rén）研製出能耗低於100阿焦（jiāo）的全光開（kāi）關，這是基礎物理學領域的一個裏程碑。”