近日，哈工大（深圳）宋清海教授团队在超快调制微激光器领域取得重要突破，其提出的全光开关新原理，有望突破超短切换时间与超低能耗之间的矛盾。相关研究在2020年2月28日发表在《科学》上，有望带来高效的超快全光调制，并最终革新全光计算领域。

该论文第一作者为哈尔滨工业大学（深圳）博士研究生黄灿，第一完成单位为哈尔滨工业大学（深圳），由哈尔滨工业大学、纽约城市大学、和澳大利亚国立大学合作完成，通讯作者是宋清海教授、Yuri Kivshar教授和葛力教授。

据了解，全光开关是一种用光来操控光的设备，是现代光计算和信息处理的基石。创造一种高效、超快且紧凑的全光开关已经成为下一代光计算和量子计算的关键。原理上来说，低能线性状态下的光子之间并不会直接产生相互作用，通常需要引入腔体，使光子在其中产生谐振，从而增强光场以提升光子间的相互作用。在早期的工作中，研究者们已经通过优化微环或光子晶体等谐振器的方法实现了全光开关性能的迅速提升，然而在进一步提升性能的过程中碰到了瓶颈——超低能耗和超短切换时间难以达到一个令人满意的平衡。

“低能耗通常需要高品质因子的谐振腔，然而更长寿命的高品质因子模式又限制了高速的开关，”宋清海教授表示，拓扑保护的束缚态（BIC）的激光特性有望最终解决这一长期的挑战。

来自哈尔滨工业大学、澳大利亚国立大学和纽约城市大学的研究者于《科学》上详细刊登了拓扑保护BIC的光开关机理，保证了微型激光从径向极化的环形光束到线性极化的旁瓣光的相互超快切换。BIC的极高品质因子能显著降低激光阈值，从而突破传统全光开关的瓶颈。基于现有成果，该项研究的下一步是将该可切换的微型激光串联集成到光子芯片上，以实现光学逻辑计算的功能，这也是实现最终目标——光计算和量子计算的前提。