用光控制光：研究人员开发了用于全光计算的新平台

 
从字面上看，计算的未来是光明的。
哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员与麦克马斯特大学和匹兹堡大学的研究人员合作，开发了一个用于全光计算的新平台，这意味着仅用光束进行计算。
SEAS的研究生，该研究的第一作者之一阿莫斯·米克斯(Amos Meeks)表示：“目前大多数计算都使用诸如金属线，半导体和光电二极管之类的坚硬材料将电子设备耦合到光。” “全光学计算的思想是去除那些刚性部件并用光控制光。例如，想象一下，一个完全软的，无电路的机器人，它受到太阳光的驱动。”
这些平台依赖于所谓的非线性材料，该非线性材料响应于光的强度而改变其折射率。当光透过这些材料时，光束路径中的折射率会增加，从而产生自己的光波导。当前，大多数非线性材料需要大功率激光器，或者由于光的传输而永久改变。
在这里，研究人员开发了一种根本上新的材料，该材料在低激光功率下利用可逆溶胀和收缩在水凝胶中改变折射率。
水凝胶由像海绵一样被水溶胀的聚合物网络和少量称为螺吡喃的光响应分子组成(与用于过渡镜片着色的分子相似)。当光线照射到凝胶上时，光线下方的区域会收缩少量，从而使聚合物富集并改变折射率。当灯熄灭时，凝胶返回其原始状态。
当多束光束穿过材料时，即使在很远的距离上，它们也会相互作用并相互影响。光束A可以抑制光束B，光束B可以抑制光束A，两者都可以互相抵消，或者都可以通过-从而创建了光学逻辑门。
麦克马斯特化学与化学生物学副教授，该研究的共同作者卡莱切尔维·萨拉瓦那穆图(Kalaichelvi Saravanamuttu)表示：“尽管它们是分开的，但光束仍会相互看见并发生变化。” “从长远来看，我们可以想象使用这种智能响应能力来设计计算操作。”
“我们不仅可以设计光响应材料，在有光的情况下可逆地切换其光学，化学和物理性质，而且我们可以利用这些变化创建光通道或自陷束，以引导和操纵光。”萨拉瓦那穆图实验室的研究生德里克·莫里姆(Derek Morim)说。
SEAS的艾米·史密斯·贝里尔森(Amy Smith Berylson)材料科学教授，该研究的共同作者，乔安娜·艾森伯格(Joanna Aizenberg)说：“材料科学正在发生变化。” “能够根据环境优化自身性能的自调节自适应材料替代了静态的，低能耗的，外部调节的类似物。我们可逆响应的材料以极小的强度控制光，这是这一有希望的技术革命的又一例证。”
这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。它由Ankita Shastri，Andy Tran，Anna V.Shneidman，Victor V.Yashin，Fariha Mahmood和Anna C.Balazs合着。它得到了美国陆军研究办公室的W911NF-17-1-0351奖项以及加拿大创新基金会自然科学与工程研究委员会的部分支持。