随着AI的发展，计算机在提升速度方面遇到了物理瓶颈。半导体元件的运行频率最高也就几千兆赫兹，相当于每秒能处理数十亿次计算。由于单个芯片的速度已经无法继续提升，现代计算机系统不得不采用多个芯片来分担计算任务。但如果我们用光子代替电子来制造芯片，理论上速度可以提升至千倍。
等离子体共振器，也被称作“光天线”，是实现这一速度革命的有希望的技术。这些纳米级别的金属结构能够使光与电子相互作用。通过改变它们的几何形状，可以与不同频率的光波互动。
德国维尔茨堡大学的物理学家Thorsten Feichtner博士指出：“目前的难题在于，等离子体共振器还无法像传统电子设备中的晶体管那样进行有效的调制，这限制了基于光的快速开关的开发。”
近日，维尔茨堡大学的研究团队与丹麦南部大学的科学家们合作，在光天线的调制技术上取得了重大进展。他们实现了一种电控调制，这为超快速的活性等离子体技术铺平了道路，也就意味着计算机芯片的速度有望大幅提升。这项研究成果已经发表在《科学进展》期刊上。
图：光天线的突破将提升计算机芯片速度
研究团队没有尝试改变整个共振器的结构，而是专注于调整其表面特性。他们通过电接触单个金制纳米棒共振器，实现了这一技术突破。这一看似简单的想法，实际上需要借助氦离子束和金纳米晶体的精密纳米制造技术才能实现。这种独特的制造方法是由维尔茨堡大学实验物理（生物物理）教席的Bert Hecht教授领导的团队开发的。而精确测量共振器表面微小但重要变化的锁相放大器技术也发挥了关键作用。
Feichtner博士解释说：“我们利用的效应与法拉第笼的原理相似。就像汽车被闪电击中时，电子会聚集在汽车外部，车内的人是安全的，共振器表面的额外电子会影响其光学特性。”
维尔茨堡的科学家们还观察到了一些经典的理论无法解释的共振变化，这表明电子在金属和空气的边界上呈现出“模糊”的过渡，就像海水逐渐过渡到沙滩一样。
为了解释这些量子效应，丹麦南部大学的理论物理学家们开发了一种半经典模型，将量子特性整合到一个表面参数中，使得计算可以使用经典方法进行。JMU的物理学家Luka Zurak，也是这项研究的参与者，解释说：“通过扰动表面的反应函数，我们结合了经典和量子效应，创建了一个统一的框架，这有助于我们更深入地理解表面效应。”
这项研究开辟了新的研究领域，并具有巨大的潜力。更小的共振器预示着高效率的光调制器的诞生，这在技术上具有广泛的应用前景。此外，该系统还可以用于研究催化过程中表面电子的影响，为能源转换和存储技术提供新的可能。
