“中国芯”的最好出路在光子芯片

1.

光子芯片，是人类根据运用光路传输信息的原理制作的光子器件，用于线性计算来帮助人类进行信息处理。

麻省理工学院的研究团队及其合作者，早在2016 年就提出了使用光子代替电子为计算芯片架构的理论，他们称之为可程序设计纳米光子处理器。美国的艾克塞特大学、牛津大学和明斯特大学三所高校对光子芯片进行了研发。科罗拉多大学的科研人员日前已研制成功世界上第一款以光子传输信息的微处理器芯片。

2.

光粒子在一定的物理层面上是速度最快的粒子。光子集成电路靠在导体中传播的光线进行数据传输。科学家在数字信号处理器上附加光学加速器，制成光学数字信息处理器，可以令芯片的运算速度大大提升。美国科罗拉多大学研制的光子芯片，比现行电子芯片运行速度快50倍。在光子芯片上使用多个光学开关器，在复杂的反射镜、滤波器以及棱镜结构中利用不同波长、相位和强度的光线组合，可以强化和并行处理信息。

实验将磷化铟和硅整合到混合芯片中，给具有发光属性的磷化铟施加电压，光就进入的硅片导体。众所周知硅的光路由能力极佳。由此产生持续的激光束以驱动其他的硅光子器件。

未来，大量的混合硅激光器和硅光子学部件能被集成到单一硅基芯片上去。

英特尔公司日前宣布，该公司联合加州大学圣芭芭拉分校，已成功研发了世界上首个电力混合硅激光器，光电这两种物理粒子被成功凑在一起。

专家表示，集成纳米光子器件和半导体晶体管取代大型真空管一样具有革命性。哥伦比亚大学华裔科学家率领团队打造了一款不同波导模式之间的转换器，这是实现“模式分多路复用”（MDM）这一技术的关键，用以大大增强光学芯片的信息处理能力。微型化光学元件、缩小光子集成器件也是研究人员希望攻克的难题之一。

3.

光子也许是目前高效而稳定、计算能力最强的单元，其特性适合线性计算，而不擅长传统的逻辑计算。光器件的开关速度比电子器件快，而且光波具有不同的波长、频率、偏振态和相位信息，可以用来代表不同数据，这包含了高维度的并行计算。

理论上，光子运算的速度可达每秒千亿次以上，可以在光学计算机启动的一瞬间完成所有信息处理。其超高速度比电子计算快数百万倍，比人脑快 1000 倍。而且光子传输和转换所需的能量小、过程稳定，纠错设计相对简单，所造成的信息畸变和失真极小。

4.

光纤传输正在逐步替代传统的铜线，而光子芯片未来能否彻底替代电子芯片，目前仍是个问题。美国企业Ayar Labs以低成本制作出能接合光学元件的硅芯片，不过它的光电子芯片用光传输数据却用电子进行计算。预计光电子芯片将于明年上市。

光子芯片超强的线性计算能力也许能助它成为计算的“圣杯”。不过，要完全取代电子芯片还有很大难度。

未来的光子芯片将能同时执行百万个并行任务，大量光子芯片并行的运算能力则可达到目前最庞大电子芯片的1000倍。目前，光子芯片会用在数据中心，以后有望实现微应用，用于移动设备等。

5.

光子芯片或将是未来 AI 计算的硬件架构，可能彻底淘汰 CPU。

科学家预测可利用光子芯片搭建量子计算机，能灵活模拟数字计算的任意工作状态，可广泛用于电子信息对抗、武器装备研究、情报获得和分析处理、战争设计和战场模拟、卫星导航定位、生命科学探索等领域，是引领时代变革和未来的核心技术之一。

光子芯片未来工艺微缩的空间还很大，或有机会突破目前面临的摩尔定律的限制。发展光子芯片的通用计算能力，还将逐步扩大其应用的范围。网友表示这是价值万亿的发明。如此机会，兴许就是“中国芯”实现弯道超车的最漂亮的机会，是我辈实现妈妈的心愿和强国梦的时刻！毕竟这在美国也刚起步不远呢。