計算機就是處理海量數(shù)據(jù)的機器。幾十年來，隨著集成電路的發(fā)明和進步，計算機體積變得越來越小巧，運行速度變得越來越快，但現(xiàn)在似乎已經(jīng)快觸摸到瓶頸了。

不過，羅切斯特大學和德國埃爾朗根-紐倫堡大學的研究人員，通過利用同步的激光脈沖，已經(jīng)在實驗室中創(chuàng)造出了有史以來最快的邏輯門，研究人員稱，如果這一成果能夠獲得實際應(yīng)用，將使計算機的速度提高數(shù)百萬倍。此成果已發(fā)表在《自然》期刊上。

集成電路又叫芯片，由數(shù)量眾多的電子元件組成，是一種可實現(xiàn)特定功能的微型電子器件?，F(xiàn)在通常制造在半導體晶圓上。

而邏輯門是數(shù)字集成電路的基本組件，用來處理離散化的數(shù)字信號，由若干個晶體管的組合構(gòu)成，包括與門、或門、非門等。邏輯門通過控制高、低電平（分別代表邏輯上的真與假或二進制當中的0和1），就能實現(xiàn)以二進制為基礎(chǔ)的邏輯運算。不同的邏輯門組合在一起，便能實現(xiàn)更為復雜的邏輯運算。

以CPU（中央處理器）為例，它是現(xiàn)代計算機的核心硬件之一，是世界上晶體管密度最高的集成電路，封裝著上億數(shù)量級的晶體管，其內(nèi)部邏輯門的數(shù)量達到了百萬級別以上，專門用來處理數(shù)值運算和邏輯運算。

要想讓計算機變得更快，就要讓它在單位時間內(nèi)能處理更多的數(shù)據(jù)。邏輯門作為處理數(shù)據(jù)的基本單元，它的運行速度自然決定了計算機的整體運行速度。

受晶體管開關(guān)速度限制，現(xiàn)階段集成電路中的邏輯門處理一次信號時，耗時在納秒（10∧-9秒）級別。

而該團隊在實驗室中新研發(fā)的邏輯門，處理一次信號的耗時已縮小至飛秒（10∧-15秒）級別，證明了邏輯門可以在飛秒級的時間范圍內(nèi)運行。這耗時可比納秒短了一百萬倍。這意味著，在相同的時間內(nèi)，新邏輯門一次可以處理比以往多上百萬倍的數(shù)據(jù)。

目前我們以GHz（吉赫茲）為單位衡量數(shù)據(jù)處理速度，而新邏輯門將使計算機的處理速度提升至PHz（皮赫茲）級別。

為了提高邏輯門的運行速度，研究人員嘗試使用高頻激光來引導材料中的電子運動，將激光脈沖轉(zhuǎn)化為電信號，構(gòu)建新的邏輯門。

該團隊制作了由兩個金電極連接和石墨烯微帶結(jié)構(gòu)，當石墨烯微帶結(jié)構(gòu)被兩個同步的激光脈沖擊中不同位置時，這兩個位置將激發(fā)出實或虛這兩種不同的電荷載流子。實載流子在激光脈沖停止照射后仍可作定向移動；而虛載流子是只在激光激發(fā)時存在的電子，在激光停止照射后將停止定向移動。

通過控制這兩束激光脈沖的相位，便能夠產(chǎn)生兩種電荷載流子中的其中一種。這兩種載流子產(chǎn)生的電流可以相互疊加或相互抵消。疊加被認為是1輸出，而抵消則被認為是0輸出，以此便可做邏輯運算。

該團隊的研究員Tobias Boolake稱，雖然這項技術(shù)可能還需要很長時間才能應(yīng)用于計算機芯片上，但這表明光波電子技術(shù)（利用激光來引導材料內(nèi)電子的運動，并利用其中存在的物理效應(yīng)來構(gòu)建電子學基本元件的技術(shù)）在實際應(yīng)用中是可行的，它很有可能是計算機技術(shù)發(fā)展的新方向。

關(guān)注我，咱們下次見。