德国斯科尔科沃理工学院和贝尔吉斯大学伍珀塔尔分校的研究团队创建了一个通用NOR逻辑元素(由NOT(否定运算符)和OR(析取运算符)组成)。

它基于极化子凝聚体，在室温下运行，具有多个输入，工作速度比电子模拟快数百倍，而且完全是光学的——也就是说，它不需要电流就能工作。重要的是，这样的逻辑元件可以在电路上复制和连接，即级联。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

研究团队表示，这种新型NOR门可用于创建光学芯片进行计算所需的任何类型的逻辑元件，而无需电流参与。这项研究的结果让科学家们更接近长期以来的梦想，即制造出比基于电子技术的传统计算机快数百倍的光学计算机。

“我们的实验首次在实践中实现了级联光​​学通用逻辑门，为实现全光学计算机又开辟了一块拼图。事实上，现代计算机的电子处理器运行频率被限制在几GHz以内，”该论文第一作者、斯科尔科沃理工学院光子学混合光子学实验室副主任丹尼斯·桑尼科夫(DenisSannikov)说道。

“自80年代以来，为了提高计算速度，制造商不断提高处理器的时钟频率，但随后面临一个根本的物理限制——如果将处理器频率提高到几GHz以上，那么处理器就会变成一个电加热器。

“2019年，我们实验室开发了世界上第一个超快光极化子晶体管，它在室温下工作，是光极化子逻辑电路的主要组成部分。为什么光学更好?最重要的是，它不局限于几GHz的时钟频率。我们可以使用频率高达1THz的极化子晶体管，这比电子模拟快约300倍。

“在我们的另一项工作中，我们之前表明一个光子足以控制光学极化子晶体管，这是无法在任何其他光学系统中实现的。”

逻辑门在设备中执行各种逻辑运算——与、或、非等。计算机处理器由数十亿个晶体管组成，这些晶体管组合成这些逻辑元件，当施加某些输入信号时，它们会执行内部计算，最终在屏幕上显示图像等。逻辑门在其每个输入端接收逻辑电平为“0”或“1”的信号，并按照预定义的规则返回“0”或“1”的信号。

通常电子门有2至8个输入和1至2个输出，但在Skoltech混合光子学实验室的实验中，新的光学通用门成功应对了12个输入——这是另一个竞争优势。

“为了制造通用门，我们利用了‘液态光’的特殊性质——这就是极化子凝聚体，能够将微弱的光信号放大数万倍。要制造这种‘液态光’，首先我们需要将极化子凝聚到基态。如果我们打个比方，它就像空气中的水蒸气，变成冰冷窗户上的水滴。

“我们进一步研究了如何将极化子不仅凝聚到基态，而且还凝聚到更高能量的非基态。这一效应解决了全光学逻辑元件的长期问题，即借助光禁用光信号，将逻辑单元切换为零，”Sannikov补充道。

“与电子不同，光子不会以某种方式相互作用，因此，创建这种光学逻辑转换器长期以来一直是一项物理和技术挑战。我们利用‘液态光’的独特性质完成了这项任务，结合了光子和电子的性质，并创建了全光极化子通用门。”

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