加州理工學院（Caltech）的工程師們已經開發出一種開關，這是計算的最基本組件之一，它使用光學而不是電子組件。這一發展可能有助於實現超快的全光信號處理和計算。

通過使用光脈衝而不是電信號，光學設備有能力比電氣設備更快地傳輸信號。這就是為什麼現代設備經常採用光學技術來發送數據。例如，光纜的網速比傳統的以太網電纜快得多。通過以更快的速度和更小的功率做更多事情，光學領域有可能徹底改變計算。

然而，今天基於光學的系統的主要限制之一是，在某一點上，它們仍然需要有基於電子的晶體管來有效處理數據。現在，利用光學非線性的力量，由加州理工學院電氣工程和應用物理學助理教授Alireza Marandi領導的一個工程師團隊已經創造了一個全光開關。這種開關最終可以實現使用光子的數據處理。這項研究於7月28日發表在《自然-光子學》雜誌上。

Alireza Marandi團隊選擇了一種被稱為鈮酸鋰的晶體材料，這是一種在自然界中不存在的鈮、鋰和氧的組合，但在過去的50年中被證明對光學領域至關重要。這種材料本身是非線性的。由於晶體中原子排列的特殊方式，它所產生的光學信號與輸入信號不成正比。

雖然鈮酸鋰晶體被用於光學領域已有數十年之久，但最近，納米加工技術的進步使團隊能夠創造出基於鈮酸鋰的集成光子設備，使光線被限制在一個微小的空間內。空間越小，相同功率下的光強度就越大。因此，通過這樣一個光學系統攜帶信息的光脈衝可以提供比其他方式更強的非線性響應。

Alireza Marandi團隊還在時間上限制了光。從本質上講，他們減少了光脈衝的持續時間，並使用了一種特殊的設計，使脈沖在通過設備傳播時保持短促，這導致每個脈衝具有更高的峰值功率。這兩種策略的綜合效果大大增強了特定脈衝能量的非線性強度，這意味著光子現在對彼此的影響更強。

最終的結果是創建了一個非線性分離器，在這個分離器中，光脈衝根據其能量被輸送到兩個不同的輸出，這使得開關在不到50飛秒（飛秒是四億分之一秒）的時間內發生。相比之下，最先進的電子開關需要幾十皮秒（一皮秒是一萬億分之一秒），相差很多數量級。