計(jì)算機(jī)處理器是解釋和執(zhí)行指令的功能單元，也稱為中央處理器或cpu，它是計(jì)算機(jī)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，與處理器和內(nèi)存周圍被稱為外設(shè)的設(shè)備形成對(duì)比，如鍵盤(pán)、顯示器、磁盤(pán)、磁帶機(jī)等都是外設(shè)。每一種處理器都有一套獨(dú)特的操作命令，可稱為處理器的指令集，如存儲(chǔ)、調(diào)入等之類都是操作命令。計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者喜歡將計(jì)算機(jī)稱為機(jī)器，因此，指令集有時(shí)也稱為機(jī)器指令，編寫(xiě)這些指令的二進(jìn)制語(yǔ)言也叫機(jī)器語(yǔ)言。中央處理器(英文Central Processing Unit，CPU)是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。

邏輯門(Logic Gates)是在集成電路(Integrated Circuit)上的基本組件。簡(jiǎn)單的邏輯門可由晶體管組成。這些晶體管的組合可以使代表兩種信號(hào)的高低電平在通過(guò)它們之后產(chǎn)生高電平或者低電平的信號(hào)。高、低電平可以分別代表邏輯上的“真”與“假”或二進(jìn)制當(dāng)中的1和0，從而實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。

邏輯門又稱“數(shù)字邏輯電路基本單元”。執(zhí)行“或”、“與”、“非”、“或非”、“與非”等邏輯運(yùn)算的電路。任何復(fù)雜的邏輯電路都可由這些邏輯門組成。廣泛用于計(jì)算機(jī)、通信、控制和數(shù)字化儀表。通過(guò)控制高、低電平(分別代表邏輯上的“真”與“假”或二進(jìn)制當(dāng)中的“1”和“0”)，從而實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。

邏輯門是計(jì)算機(jī)處理器的基本組成部分。傳統(tǒng)的邏輯門是電子的——它們通過(guò)圍繞電子移動(dòng)來(lái)工作——但科學(xué)家們一直在開(kāi)發(fā)基于光的光學(xué)邏輯門，以滿足下一代計(jì)算的數(shù)據(jù)處理和傳輸需求。

光邏輯門是實(shí)現(xiàn)高速光分組交換、全光地址識(shí)別、數(shù)據(jù)編碼、奇偶校驗(yàn)、信號(hào)再生、光計(jì)算和未來(lái)高速大容量全光信號(hào)處理的關(guān)鍵器件，同時(shí)，光邏輯門的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)電計(jì)算向光計(jì)算跨越的橋梁，可以突破“電子瓶頸”的限制，提高網(wǎng)絡(luò)容量，實(shí)現(xiàn)全光3R再生。

在未來(lái)的全光網(wǎng)絡(luò)中，光交換、光計(jì)算和光傳輸是實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)處理的核心單元，而它們都要以全光邏輯門為基礎(chǔ)工作。光交換可以分為光線路交換、光突發(fā)交換和光分組交換，光邏輯門是實(shí)現(xiàn)光交換系統(tǒng)的核心器件和決定網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素，光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢(shì)是光控光交換，因此，實(shí)現(xiàn)光分組交換的關(guān)鍵是開(kāi)發(fā)高速光邏輯門器件。光邏輯門還可以實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)提取、全光地址識(shí)別和全光復(fù)用/解復(fù)用等。因此，在未來(lái)的全光高速通信網(wǎng)絡(luò)和新一代光計(jì)算機(jī)中將有著巨大的應(yīng)用潛力。國(guó)內(nèi)外均對(duì)此展開(kāi)了廣泛深入的研究。半導(dǎo)體光放大器以其體積小、易于集成、光譜性能好、工作波長(zhǎng)范圍寬、響應(yīng)時(shí)間短以及良好的非線性特性等優(yōu)點(diǎn)，成為各種全光邏輯門中的主要功能器件。

光邏輯門是實(shí)現(xiàn)高速光分組交換、全光地址識(shí)別、數(shù)據(jù)編碼、奇偶校驗(yàn)、信號(hào)再生、光計(jì)算和未來(lái)高速大容量全光信號(hào)處理的關(guān)鍵器件，同時(shí)，光邏輯門的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)電計(jì)算向光計(jì)算跨越的橋梁，可以突破“電子瓶頸”的限制，提高網(wǎng)絡(luò)容量，實(shí)現(xiàn)全光3R再生。

阿爾托大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的新型光學(xué)手性邏輯門的運(yùn)行速度比現(xiàn)有技術(shù)快約一百萬(wàn)倍，可提供超快的處理速度。

新方法使用圓偏振光作為輸入信號(hào)。邏輯門由對(duì)圓偏振光束的旋向性敏感的晶體材料制成——也就是說(shuō)，晶體發(fā)出的光取決于輸入光束的旋向性。這是一種邏輯門 (XNOR) 的基本構(gòu)建塊，其余類型的邏輯門是通過(guò)添加濾波器或其他光學(xué)組件構(gòu)建的。

該團(tuán)隊(duì)還表明，單個(gè)設(shè)備可以包含所有同時(shí)并行運(yùn)行的手性邏輯門。這是對(duì)現(xiàn)有邏輯門的重大進(jìn)步，現(xiàn)有邏輯門一次只能執(zhí)行一個(gè)邏輯操作。同時(shí)并行邏輯門可用于構(gòu)建復(fù)雜的多功能邏輯電路。

最后，該團(tuán)隊(duì)證明手性邏輯門可以通過(guò)電子方式控制和配置，這是混合電/光計(jì)算的必要步驟。

該篇論文發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。