想象一下，一台家用电脑的运行速度比市场上最昂贵的硬件快100万倍。现在将这种计算能力水平想象成行业标准。亚利桑那大学的研究人员希望使用基于光的光学计算为这一现实铺平道路，这是目前世界上运行的基于半导体的晶体管的显着改进。

“基于半导体的晶体管存在于我们今天使用的所有电子产品中，”物理学和光学科学助理教授穆罕默德哈桑说。“它们是每个行业的一部分——从儿童玩具到火箭——并且是电子产品的主要组成部分。”

哈桑(Hassan)带领一个国际研究团队于2月在《科学进展》(ScienceAdvances)上发表了研究文章“合成光场上的超快光学切换和数据编码”。除了俄亥俄州立大学和慕尼黑路德维希马克西米利安大学的研究人员外，亚利桑那大学物理学博士后研究助理DandanHui和物理学研究生HusainAlqattan也对这篇文章做出了贡献。

电子产品中的半导体依靠通过微波传输的电信号来切换(允许或阻止)电流和数据的流动，表示为“开”或“关”。哈桑表示，电子学的未来将建立在使用激光控制电信号的基础上，为“光学晶体管”的建立和超快光学电子学的发展打开大门。

自1940年代发明半导体晶体管以来，技术进步一直集中在提高电信号的生成速度(以赫兹为单位)。据Hassan介绍，世界上最快的半导体晶体管可以以超过800GHz的速度运行。该频率下的数据传输以皮秒或万亿分之一秒为单位进行测量。

自半导体晶体管问世以来，计算机处理能力稳步提高，不过Hassan表示，开发更快的技术的主要担忧之一是，继续将晶体管添加到微芯片所产生的热量最终需要更多的能量来冷却，而不是可以通过的能量芯片。

在他们的文章中，Hassan和他的合作者讨论了使用光信号的全光开关打开和关闭来达到超过拍赫兹的数据传输速度，这是在阿秒时间尺度上测量的。阿秒是秒的五分之一，这意味着数据传输速度比最快的半导体晶体管快100万倍。

虽然光学开关已经显示出比基于半导体晶体管的技术更快地实现信息处理速度，但哈桑和他的合著者能够记录光源在十亿分之一秒内发生的开和关信号。这是通过利用熔融石英(一种常用于光学的玻璃)的特性来实现的。熔融石英可以瞬间改变其反射率，并且通过使用超快激光，Hassan和他的团队能够在阿秒时间尺度上记录光信号的变化。这项工作还展示了以“1”和“0”的形式发送数据的可能性，这些数据代表以以前不可能的速度通过光打开和关闭。

“这项新进展还将允许对超快激光脉冲进行数据编码，这将提高数据传输速度，并可用于从地球到深空的长距离通信，”哈桑说。“这有望提高数据处理和信息编码的极限速度，开启信息技术的新境界。”