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条有前途的新途径。
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级，将更多的东西挤到计算机芯片上变得越来越难，这削弱了戈登·摩尔在 1965 年首次观察到的趋势：这个数字大约每两年翻一番。
但是，处理能力的一个同样重要的趋势在更早的时候就消失了：“ Dennard scaling ”，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，因为如果芯片消耗过多的功率，它们会迅速升温并损坏。 Dennard 缩放意味着晶体管每缩小一次，它们的功耗也会随之降低，这使得芯片在不过热的情况下更快地运行成为可能。
但这种趋势在 2005 年被打破，原因是电流泄漏在非常小的范围内的影响越来越大，芯片时钟速率的指数级增长逐渐消失。芯片制造商的反应是转向多核处理，其中许多小型处理器并行运行以更快地完成工作，但从那时起时钟频率或多或少保持停滞。
不过现在，研究人员已经展示了一种技术的基础，该技术可以使时钟频率比现在的芯片高一百万倍。该方法依赖于使用激光来引发超快的电流爆发，并已被用于创建有史以来最快的逻辑门——所有计算机的基本组成部分。
所谓的“光波电子学”依赖于可以使用激光激发导电材料中的电子这一事实。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爆发——十亿分之一秒。
事实证明，用它们做任何有用的事情更加难以捉摸，但在Nature上的一篇论文中，研究人员结合了理论研究和实验工作，设计了一种利用这种现象进行信息处理的方法。
当团队向串在两个金电极之间的石墨烯线发射超快激光时，它会产生两种不同的电流。一旦灯被关闭，一些被光激发的电子会继续沿特定方向移动，而另一些电子则是瞬态的，只有在灯亮时才会运动。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，与门仅在其两个输入均为 1 时输出 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时或永久电流的突发，它们充当逻辑门的输入。这些电流可以叠加或相互抵消，以提供相当于 1 或 0 的输出。
而且由于激光脉冲的极快速度，由此产生的门能够以拍赫兹的速度运行，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，与用于传统逻辑门的晶体管的简单排列相比，该设置要大得多且复杂得多，将其缩小到制造实际芯片所需的规模将是一项艰巨的任务。
但是，虽然拍赫兹计算不会很快出现，但新的研究表明，光波电子学可能是探索计算未来的一个有前途且强大的新途径。
图片来源：罗切斯特大学 / Michael Osadciw
原文： https://singularityhub.com/2022/05/23/new-logic-gates-are-a-million-times-faster-than-todays-chips/