全球首款可编程光子芯片问世

本站综合报道 10月9日消息，日本电信巨头NTT联合康奈尔大学、斯坦福大学宣布成功研发全球首款可编程非线性光子芯片，相关成果发表于《自然》杂志。这一突破不仅标志着光子芯片技术从“专用化”向“通用化”的跨越，更预示着人工智能、量子计算、5G/6G通信等领域将迎来算力与能效的革命性提升。

传统光子器件受限于“一设备一功能”的设计模式，制造成本高昂且良率低下。NTT团队基于氮化硅材料开发的这款芯片，通过投射特定结构化光图案实现非线性光学特性的动态调控，可在单一芯片上快速切换多种非线性功能。例如，芯片可同时支持可调谐光源、光计算、量子频率转换等不同场景，突破了物理硬件的固定功能限制。

研究团队指出，该芯片通过外部光图案“编程”，可在制造后重构功能，有效补偿生产误差，提升大规模生产良率。

该研究成果将为多个应用领域赋能。如在量子计算领域，芯片可实现可编程量子频率转换器与量子光源，为量子比特提供高精度操控能力。

在通信基础设施中，芯片支持宽范围可调谐光源与任意波形发生器，显著增强5G及6G基站性能。NTT提出的IOWN（创新型光与无线网络）架构中，此类芯片可构建全光子网络（APN），将延迟降低至现有方案的1/200，同时通过网状光纤实现数据中心分散互联，促进可再生能源利用。

在AI算力集群中，芯片可替代传统电子加速器完成矩阵运算。中国光本位科技研发的128×128矩阵规模光子存内计算芯片已实现2560TOPS理论峰值算力，功耗比达3.2TOPS/W。NTT芯片通过非线性功能扩展，可进一步优化神经网络训练中的激活函数计算，提升模型推理效率。

据IDTechEx预测，到2035年光子集成电路市场规模将突破540亿美元。NTT的突破正加速这一进程。中国企业在这一领域亦表现强劲。光本位科技通过硅光 相变材料异质集成技术，实现全球首款光芯片存算一体商业化；上海交大研发的非易失可编程光收发芯片支持400Gbps传输，静态功耗接近零。

长期来看，光子芯片将推动计算架构向“光电融合”演进：中科院预测，单颗光子芯片算力未来可能相当于1000颗顶级GPU的总和。

从巴伦西亚理工大学2024年发布的首款通用可编程光子芯片，到NTT此次的非线性功能突破，光子计算正从实验室走向产业化。