研究人员创造了一种新的光学存储器，称为可编程光子锁存器，它既快速又适应性强。这种创新的存储单元旨在为光处理系统提供临时数据存储，为利用硅光子学的易失性存储应用提供了高速替代方案。
研究人员推出了一种新的光学存储格式，称为可编程光子锁存器，它既快速又适应性强。这种基本存储单元为光处理系统提供了临时数据存储，为通过硅光子学实现的易失性存储提供了快速解决方案。
新开发的集成光子锁存器受到一组清零-设定锁存器的启发——这种简单的存储设备通常在电子设备中找到，能够通过根据输入信号在设定（1）和清零（0）之间切换来存储一位数据。
诺基亚贝尔实验室的法尔希德·阿什提亚尼解释道：“尽管在过去几十年中光通信和计算方面取得了显著进步，但数据存储在很大程度上仍依赖于电子存储。” “与用于通信或传感的光处理和其他光系统兼容的快速光存储将提高它们在能耗和吞吐量方面的效率。”
在由Optica出版集团出版的期刊Optics Express中，研究人员展示了一项概念验证实验，展示了在可编程硅光子平台上实现的光子锁存器。光学设定和清零功能、互补输出、可扩展性以及与波长分复用（WDM）的兼容性等特性增强了这种方法对更快和更高效光处理系统的潜力。
阿什提亚尼指出：“大语言模型，如ChatGPT，依赖于大量的计算，包括反复执行的乘法和加法，以学习和产生响应。我们的存储技术可以为这些系统提供快速的数据存储和检索，从而加快操作速度。尽管实现商业光计算机仍然遥不可及，但我们快速的光存储技术代表了朝着那个未来的进展。”
集成光存储的进展
光学技术在改善通信系统中发挥了重要作用，帮助远程数据传输和数据中心连接，以及新的技术如光互连和计算。然而，由于可扩展性、紧凑性和经济性等因素，数据存储仍主要依赖电子手段。这种依赖给光处理系统带来了挑战，因为将光数据传输到电子存储中——然后再返回——消耗更多能量并引入延迟。
尽管光存储已经进行了广泛探索，但大多数现有解决方案涉及笨重、昂贵且能耗较高的设置或不常见于商业硅光子过程的专用材料，导致成本飙升和产量降低。
为了解决这些问题，研究人员开发了一种基于光学通用逻辑门的集成可编程光子锁存器，利用硅光子微环调制器。这些设备可以使用标准的硅光子芯片制造工艺进行集成。通过合并两个光学通用逻辑门，他们设计了一个能够保持光数据的光子锁存器。
设计快速和可扩展的存储
阿什提亚尼强调系统的可扩展性是一个重要的优势。“由于每个存储单元都独立操作，其输入光源可以有多个存储单元独立工作而不受光功率损失传播的干扰，”他指出。“这些存储单元还可以与当前的硅光子系统共同设计，确保可靠制造并具有非常高的产量。”
此外，光子存储单元的波长选择性使其能够与WDM一起高效运作。单元内的微环调制器被设计为在指定波长下工作，从而允许在单个存储单元内存储多位数据。这个设计提供了快速的存储响应时间，以皮秒级别计算，比先进数字系统的时钟速度更快，并支持高速光数据存储。
为了在创建专用芯片之前验证这种光存储方法，研究人员使用可编程光子平台通过实验和现实模拟方法实现了通用逻辑门和光子锁存器。
研究人员在不同输入条件下评估了逻辑门。即使在随机波动情况下，逻辑门也始终产生预期输出。同样，尽管输入功率变化，锁存器正确执行了所有操作——设置、清零和保持。
展望未来，研究人员旨在探索多条路径以提高新存储单元的实用性。这包括将技术扩展到更大的存储单元和生产定制光子存储芯片。结合WDM兼容性，这可以提升芯片上的光存储密度。此外，他们还希望开发一种方法，通过单一制造过程集成光子存储电路和所需的电子控制电路。
