片上光子计算新突破 中国科学家造出全新拓扑光子高速路

麦享科技7月23日消息，东南大学联合南京大学、香港科技大学科研团队完成全新拓扑光子器件研发，相关成果刊登在国际顶级期刊《Nature》，解决了光子芯片长期存在的空间浪费、通道干扰难题。

现在光通信、光子计算设备越做越小，大家都想在一块芯片里塞进更多光路通道。传统拓扑光波导虽然能让光线绕过弯折、瑕疵稳定传输，但必须留出大片隔离区域分隔光路，这些区域没法传输信号，芯片内部空间利用率很低。

打个比方，老式光路就像单车道小路，两侧有宽阔隔离带，能走光的区域占比很小。这次研发的光子高速路是多车道并行结构，每一条光路既能传输光信号，又能充当相邻通道的隔离护栏，不用额外预留隔离区域，整块芯片空间可以100%利用。

团队设计出四种特殊光子晶体材料，两种不同光学特性结合在一起，同时承担光路传输和隔离防护两种作用。

按照特定顺序排布后，能同时开出四条独立单向通道，光线在60度、90度、120度急弯里穿行也不会反向散射，不同通道之间不会互相干扰。

传统设备光线只能贴着通道边缘传输，这套新结构可以让光铺满整条通道，还能自由调整光线宽窄、位置，一块芯片里同时完成信号传输和光束调控，设备紧凑度大幅提升。团队已经在微波频段完成实验验证，整套结构运行稳定可靠。

这项研究打破过去光路只能依靠材料边界传输的固有思路，整片区域都能并行传输稳定光信号。

落地之后最直接的用处是打造高密度光子芯片，同等面积能承载更多数据通道，提升光通信、光子计算设备的信息处理能力。技术还能拓展到通信光、太赫兹等多个实用频段。

目前整套方案还处在实验室阶段，想要大规模商用，还要攻克材料损耗、元件对接、芯片集成等工程问题。

这次跨校联合攻关属于国内原创基础突破，为下一代高速光通信、片上光子计算提供全新底层方案，补齐国产光子芯片自主研发的关键技术储备。

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