更小更强的光子芯片取得理论突破.pdf

光子芯片理论突破所代表的科技进步 随着信息技术的飞速发展，传统的以“电”为载体的技术已逐渐触及其物理性能的极限。电子芯片的存储密度和运算速度提升，受限于摩尔定律，即在一定的硅片面积上能够集成的晶体管数量存在极限。因此，人们开始将目光转向更为迅速的“光”，进而推动了“光子芯片”概念的诞生和发展。 光子芯片，顾名思义，是以光子作为信息载体的芯片技术，相较于传统的电子芯片，其利用光的特性，如高速传播、低能量损耗和抗干扰能力强等，理论上可以实现更快的数据处理速度和更高的存储密度。在光子芯片中，光的传播和数据运算可以通过各种光子学原理如干涉、衍射、偏振等实现，这些原理使得光子芯片能够执行并行处理，并实现比电子芯片更为复杂的数据处理功能。 此次南京理工大学的蒋立勇教授团队所取得的理论突破，具体表现在实现了表面等离激元空间编码功能，从理论上促进了多功能、多自由度调控的光子芯片的发展。表面等离激元是与电磁波相互作用的电子集体激发态，通过在材料表面产生的电磁场和电子的耦合效应，允许光子在材料表面以不同于通常方式传播，这为光子芯片的集成与功能化提供了全新的实现途径。 在光子芯片的研发过程中，半导体集成工艺的兼容性是其中一个关键挑战。由于传统集成电路工艺主要是为电子设计的，直接应用于光子芯片可能存在不兼容的问题。因此，科研人员需要发展新的材料、工艺和技术，以确保光子芯片的制造和集成过程既高效又可靠。 另一个重要的技术难关是全光调控的模式选择性、空间选择性和集成性。尽管全光相干调控的理论基础为光子芯片提供了调控模式，但在实际应用中，仍然需要进一步的技术创新和工艺优化来提升光子芯片的功能性和集成度，使之成为可以在现实中广泛部署的技术。 光子芯片技术的发展潜在地将对多个领域产生重大影响。在医学领域，例如，微游动机器人组成的群体，可以像自然界中的蚁群和鲱鱼捕食阵列那样协同作业。这种基于全光调控的微游动机器人能够在体内导航，精准控制药物的传输，识别并攻击病变细胞，甚至留存在体内监控健康状况，为疾病的早期诊断和治疗提供新的方法和手段。 光子芯片的研究和理论突破，将可能开创信息技术的新时代，不仅在理论科学领域具有深远的影响，而且在实际应用中，也极有可能带来革命性的变化。然而，要将光子芯片由概念变为现实，尚需克服包括半导体集成工艺兼容性在内的众多技术难关。随着研究的不断深入和技术的逐步成熟，我们有理由期待，在不久的将来，光子芯片能够为人类社会的各个领域带来前所未有的改变。