計算機是我們日常生活中不可缺少的一部分，對那些能更快地工作、更有效地解決複雜問題並通過最大限度地減少計算所需的能源而留下更小的環境足蹟的需求越來越迫切。光子學的最新進展表明，通過光學設備有可能實現更有效的計算，這些設備通過利用超材料和光波之間的相互作用對輸入信號進行感興趣的數學運算–甚至還可以解決複雜的數學問題。

但到目前為止，這種計算機需要很大的佔地面積和精確的、大面積的部件製造，由於它們的尺寸所以很難擴展到更複雜的網絡。

來自紐約市立大學研究生中心高級科學研究中心的研究人員在《Physical Review Letters》上新近發表的一篇論文詳細介紹了納米材料和光波相互作用方面的一個突破性發現並為開發能進行高級計算的小型低能耗光學計算機鋪平道路。

論文的通訊作者、紐約市立大學ASRC光子學計劃的創始主任、研究生中心的愛因斯坦物理學教授Andrea Alù博士指出：“大型數據中心日益增長的能源需求和當前計算架構的低效率已經成為我們社會的一個真正挑戰。我們的工作表明，有可能設計出一種納米級的物體，它能有效地與光互動並以前所未有的速度和近乎零的能量需求解決複雜的數學問題。”

研究人員設計出了一個由矽製成的納米級物體。當用攜帶任意輸入信號的光波進行詢問時它能將一個複雜數學問題的相應解決方案編碼到散射光中。該解決方案是以光速計算出來的且能耗最小。

“這一發現非常有前景，因為它為創造新一代非常節能、超快、超緊湊的納米級光學計算機和其他納米光子技術提供了一條實用途徑，可用於經典和量子計算，”論文的第一作者、Alù實驗室的博士後研究助理Heedong Goh博士說道，“這些納米級光學計算機的尺寸非常小，對可擴展性特別有吸引力，因為多個納米結構可以通過光散射組合併連接在一起從而實現複雜的納米級計算網絡。”