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          伊莲娜VUCKOVIC:光子 - 在地平线上计算光

          光子工程师正在努力迈向一天快速,高效节能的计算机用做光子他们的数学 - 光包 - INSTEAD电子。

          Abstract illustration of yellow light rays emanating upwards

          光动力| unsplash /克里斯托弗·烧伤

          据专家估计,吞噬电脑作为整个电力的10%之多。

          他们预计,份额只会增加这种数据中心扩展和物联网带来的新的计算机控制的设备到世界鲹。

          伊莲娜VUCKOVIC 是一个电气工程师,他在地平线上看到一个光 - 毫不夸张。她是制造计算机计算和比电子与通信更多的光子。这些“光子”能耗设备可以减少一半,并授权令人兴奋的新技术,如量子计算,在这个过程中。

          这一天可以吃之前,然而,VUCKOVIC和光子的其他支持者 - 使用的实际用途光的科学 - 将不得不设计出更小的设备和完善的制造技术的竞争在今天的超小型电子产品。那赶紧到来,VUCKOVIC正转向人工智能开发新设备的设计和新材料,可以在光子时代迎来。

          加入 拉斯·奥尔特曼 伊莲娜VUCKOVIC和工程师为权力的讨论,并承诺一切的未来光子学。

          抄本

          拉斯·奥尔特曼: 今天光子学的未来“的一切,未来”。什么是光子?互联网,一切知识的源泉,说光电子那就是学习和使用的光子或光粒子,为了实用的目的。更具体地讲,我们如何能够利用光的物理发射,传输,调节,开关,放大和意义的事情?好吧,我们将看到如何做。

          目前,我们的高科技设备大部分是基于电子,电子芯片上的操作,为了实用的目的电路。在过去的50年或更长时间都看到了我们设计的电子元器件的能力迅速提高具有更小,更节能,而且他们非常有用的,满各种设备,我们知道和使用的每一天,和许多设备我们不知道。你对准备,但背后通信的电子世界的整个计算,但光的光子可能是下一件大事。相反周围电子的移动,我们可以围绕光子移动。他们是更节能,需要更少的能量,他们,和他们提供的频率,我们可以使用各种应用更广泛,但他们一直难以工作,和设备操纵它们尚未通过了极端小型化的阶段我们所看到的电子产品。

          当前光电子胜利的一些例子是光纤电缆,可提供的通信。 LIDAR的你可能已经听说:光探测和测距,这是许多新车已经自驾车或驾驶能力和使用的辅助型的答案是雷达它代表无线电探测和测距,所以也许我们从移动无线电检测光的检测。有新类型的固体,类似于超声的内部的成像,但使用的光。光子是量子计算,新类型的计算,还是初出茅庐的关键,但是,当它成为例行承诺提供的计算能力的巨大飞跃。

          博士。伊莲娜VUCKOVIC是申博体育电气工程与应用物理学教授。伊莲娜,是什么让您对光子学感兴趣,我们如何把握,在光子学复兴的ESTA期间迎来?

          伊莲娜VUCKOVIC: 嗯,我有了兴趣在光子学在读研究生。我来到研究生院想我也可以做信息理论,然后遇到了我以前的博士生导师谁发现我的一些事情,他们做了光的光并定位光流操纵到下面几个非常,非常小的体积构建晶体数百纳米。

          拉斯·奥尔特曼: 所以这是非常小的。

          伊莲娜VUCKOVIC: 很小。微米是一米的百万分之一,所以纳​​米是一米的十亿分之一的部分,我被这个概念迷住了,你“真的可以设计并造一点,在纳米尺度,可能是真正操纵光在这些真正的雕塑完全意想不到的方式,在那个时候,这些应用程序并不完全清楚。当然,还有光纤通讯,但这些晶体的光,光子晶体的应用,以及一些新的结构,人们在设计清晰没有,但我想我只想更多地了解它有兴趣未来五年读研究生的。由我毕业的时候,它成为更有趣的应用程序也使用它。

          拉斯·奥尔特曼: 是的,所以你提到的光纤,这是一个鱼龙混杂的一点点,因为它是光子学一个巨大的胜利,但我认为我读的感觉是,在某些方面,纤维光学只有一个是真的的,他们可能是什么分数。你能解释一下为什么?为什么我应该有点失望我的纤维光学?

          伊莲娜VUCKOVIC: 嗯,我的意思是,光纤已经存在了很长一段时间,所以做了很多包括各种激光器和发光二极管的其它光学设备,并在原则上,这是光子学和光学电子,但我们'重新经历现在,我们一直在努力,在过去20年左右做的是在同一芯片上集成了很多光器件的概念,所以它不是真正的新建立一个新的激光,单激光的形状或LED或ITS提高效率。

          新的是很多东西整合,数以百万计的部件的芯片,将导致新的功能上的这种努力,那将非常类似于我们在做什么,随着电子凡在20世纪,伟大的,我们通过ESTA去这场革命当从整个电脑所占据的建筑物。现在,我们有我们的手机和移动设备的很多功能强大的多内的机器,并建立类似激光雷达紧凑,你“与前面提到的或增强现实眼镜不会真的长得不好看,但会适合你的正常眼镜里,人们会喜欢穿,你必须真正建立这些这将集成大量的光子元件和一个非常小的足迹的微型化组件内部光学芯片。

          拉斯·奥尔特曼: 所以我的耳朵是,我们都听到有关准备电子芯片和超大规模集成芯片,我们已经得到的东西非常少。其实我听说好像有时候,我们正在推高对物理学的电子移动方面的限制。所以我想从你了解的是,光子没有得到那里。

          伊莲娜VUCKOVIC: 没有。

          拉斯·奥尔特曼: 我从来没有见过一个激光雷达设备。你能描述它有多大,以及如何大难道是成功?

          伊莲娜VUCKOVIC: 是啊,你们这么多人从自动驾驶汽车在这里有几家公司,在街道上进行测试,现在看。激光雷达是该坐在车里哪个是顶部大事情。

          拉斯·奥尔特曼: 因此它就像一个烤面包机的大小。

          伊莲娜VUCKOVIC: 烤面包机的大小,准确。

          拉斯·奥尔特曼: 这不是那么小。

          伊莲娜VUCKOVIC: 也许不小。此外它在数万美元的非常昂贵的。它不是真正的视觉吸引力。人关心他们的汽车设计不希望对他们的汽车顶部的烤面包机。所以在原则上,还有为什么它有那么大没有本质上的原因。它的大因为人们只是集成现成的,现成的组件,光学,力学,而这也正是他们现在的,但在那里,我们可以设计的东西要小得多,原则上它可以坐在一个单芯片上更小,这在尺寸半英寸。这是的,我们正在努力,现在卫生组织和其他人正在努力的事情之一。在这种情况下,这将是非常像其他传感器,你有你的车。

          拉斯·奥尔特曼: 是啊,所以告诉我,有什么挑战?我们习惯了看到的东西变得越来越小按惯例,而不是我们所有的人有需要底层的工程进展表示赞赏。什么不能做和我们需要的光子能够做什么?

          伊莲娜VUCKOVIC: 是啊,所以有多重挑战。首先,你不能把事情光电子任意小,因为最终,你打的东西,就是所谓的分数限制,所以如果你想要那种局部化的东西高效而不失光,那么你真的不能挤到的东西,比一半的体积更小波长。这将再次成为秩序的东西,几百纳米的尺寸,所以你不能真的去 -

          拉斯·奥尔特曼: 基本物理学。

          伊莲娜VUCKOVIC: 还有一个重要的限制。我的意思是,你可以挤到的东西比例如金属与INSTEAD半导体小,但仍然会有损失之后,所以有问题出现。所以你不能把事情任意小的,不过话说回来,传统的,国家的最先进的光子比更强壮。例如,在光通信,人们使用的设备这几十几百微米的有尺寸,所以它是一个有点超过一毫米小。

          拉斯·奥尔特曼: 你能看到的东西,但用肉眼。

          伊莲娜VUCKOVIC: 是啊,差不多吧,或者光学显微镜,但另一方面,对于那些同样的设备,我们已经证明和其他人已经表明,他们可能是同样有效,但更紧凑的方式。他们可能是几微米量级上的东西,所以你可以种由数百或数千次,这意味着你可以更有效地整合降低四面八方它们的尺寸。那么其他的问题,我们与国家的最先进的光子是它的环境,并在生产的任何错误很敏感,所以如果你例如让你的光学芯片和芯片,你有电子那里,你把它在你的车,环境的温度变化。

          拉斯·奥尔特曼: 振动?

          伊莲娜VUCKOVIC: 湿度,振动,温度,电子加热像这些东西,你的光子被彻底搞砸了工作点,这样的话你必须设计一个复杂的系统调整它回到它应该的,现在我们'重新做的是试图使它真正强大的错误和免疫环境的变化是那些很关键,因为如果开始使用电子大厦那名到环境中的任何错误,从而使敏感块的人,我们不会有十亿个晶体管的权现在在处理器中。这将是不可能将它们集成。

          拉斯·奥尔特曼: 这是“一切的未来。”我伊莲娜VUCKOVIC关于讲述了用光电子,我们目前的能力,我们要去的地方。

          伊莲娜VUCKOVIC: 所以我们只专注一点点的环境,温度,湿度的这些真的是很现实的挑战,也有一些物理限制的,但说真的,我想回去。我只提到了几个应用程序。告诉我大的承诺是在这里。你有什么研究一种选择,而你正在学习光子。什么是当前没有可能的电子随着光子可能发生的,让物联网的愿景?

          伊莲娜VUCKOVIC: 当然,所以有一些非常紧迫的问题将有助于该光子地址。例如,我的同事戴维·米勒从电子工程到前几年进的分析看着多少在世界上,我们的信息处理和计算,以及数所消耗的总电量的某处,某处大约10%保守。

          拉斯·奥尔特曼: 所以所有的能量 -

          伊莲娜VUCKOVIC: 所有能量的进入计算主要包括数据中心。我的意思是其中一个重要部分是数据中心。

          拉斯·奥尔特曼: 所以我们听到的人做关于比特币挖掘。我们听到的关于数据中心,Facebook的和谷歌那苹果有。这是什么样的东西?

          伊莲娜VUCKOVIC: 是的,没错,就是这样,并考虑到所有的信息,我们沟通的量和电影的数量扩张,我们上传至YouTube的等,这仅仅是增长,如果这一趋势持续下去,很快我们就会消耗我们所有的计算上,上载猫视频能量。

          拉斯·奥尔特曼: 然后它会很难充电我们的电动车。

          伊莲娜VUCKOVIC: 是的,没错。回到那个,那个的大比例是所有的这里面的连接和电线的只是能耗。

          拉斯·奥尔特曼: 所以它甚至不是生产。它甚至不是用于生产能源的使用,它只是消散。

          伊莲娜VUCKOVIC: 发送,准确,发送您的电子下来的电线具有非常高的速度,这就是这个数字,不幸的是,有没有真正的方式,如果你只用电线,铜线,以减少相当显著分数,但你可以大大减少,或完全,如果你正在使用的光子移动您的计算机或数据中心的不同组件之间的信息几乎完全消除而不是通过有线通信,通过电线发送电子。

          拉斯·奥尔特曼: 也有我们能有多少能量甚至这些功能的部分部署保存估算?

          伊莲娜VUCKOVIC: 是的,所以大概至少ESTA的50%左右东西,因为它是很难挖掘所需的数据,但有人估计大约有至少一半的这一只电线被消耗。通过光纤或,当然通过在这开始的连接通过导线更换,你必须从电子再次由来自光子的信息传输到光子,并且在结束时的电子。你不能完全替代一切。

          拉斯·奥尔特曼: 可能会在计算机仍 -

          伊莲娜VUCKOVIC: 电脑仍然是 -

          拉斯·奥尔特曼: 有电子产品。

          伊莲娜VUCKOVIC: 确切地说,电子,所以我们不会去任何地方是电子产品。你只是那种有更换连接。您将节省能源的显著量。

          拉斯·奥尔特曼: 和电流纤维光学不能做到这一点?

          伊莲娜VUCKOVIC: 没有因为有,还有人已经在使用数据中心的光纤,但是这仅仅是给不同的服务器连接的数据中心里面,如果你看一下谷歌的数据中心和其他数据中心的照片,有很多的之间的不同计算机上运行的纤维,但也有存在也您的处理器的导线连接到存储器中的计算机内,或连接所述处