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我们的日常生活依赖于电子处理器，这些处理器执行基本的算术，逻辑和控制操作，使得从移动电话到智能电视等设备成为可能。然而，当前的技术正在接近其极限，世界各地的研究人员都正在寻求下一代计算技术。
在他们现在发表在Science Advances(“Nanowire network-based multifunctional all-optical logic gates”)上的论文中，阿尔托大学的一个跨学科研究团队展示了一种新型的基于纳米线的纳米结构如何使光能够执行逻辑功能，从而简化加法和减法运算。该研究首次展示了纳米级全光逻辑电路，为实现真正的光学计算提供了重要的一步。
 在不同的偏振光输入下的全光波长开关。颜色标出的图形与上面的输入相对应。(图片来源：阿尔托大学)
“举例来说，我们能够进行二进制数计算并显示出这种纳米结构如何像一个简单的微型计算器一样执行这些功能 - 除了不使用电，纳米结构在其操作中仅使用光。”在阿尔托大学完成博士后的Henri Jussila博士说。
为了构建纳米结构，该团队采用了一种新方法来组装两种不同的半导体纳米线，即磷化铟和砷化铝镓。纳米线比人类头发的直径更短和呈指数级更薄，具有独特的一维结构，使其能够像纳米尺寸的天线一样发挥作用。
“我们采用了一种简单的梳理技术，类似于人们早上梳头的方式，来组装这些纳米结构，”Jussila解释道。
利用这种机械梳理方法，纳米线可以在任何特定方向上对准，这与通常使用的随机排列的纳米线不同。然而，重复是使天线理想对准的关键。
“重复梳理的方法使我们能够构建纳米结构的集成器件，其中两种不同类型的纳米线相互垂直，”阿尔托大学光子学组负责人Zhipei Sun教授说。
“一维和横杆结构是我们计算的核心，因为这种结构使输入光能够选择与磷化铟或砷化铝镓纳米线相互作用。” He Yang博士补充道。
在这种情况下，线性偏振光方向及其波长与输入相关，纳米线与输入光相互作用或不与输入光相互作用。这在实践中与旧无线电接收机中使用的天线如何工作类似;它们仅在指向最佳方向时接收信号，通常是向上的。由于不同纳米材料的响应不同，可以用不同的波长和光方向切换制造的纳米线结构的光输出，以成功实现逻辑运算。
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