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中科大再传佳音-光子芯片技术又有新进展

2021-07-09 14:59:40来源:fancy科技闲聊       
核心摘要:最近留意到中科大的两则喜讯。一则是郭光灿院士团队在光量子芯片研究中取得重要进展,首次在拓扑保护光子晶体芯片中实现量子干涉 ......
中科大再传佳音-光子芯片技术又有新进展

 

最近留意到中科大的两则喜讯。一则是郭光灿院士团队在光量子芯片研究中取得重要进展,首次在拓扑保护光子晶体芯片中实现量子干涉,为更为深入的量子信息处理提供了一个全新的方向。

另一个好消息,就是潘建伟院士团队通过不断尝试,研发出一种算力更强的新型硅基光子芯片,将其应用于量子通信后,实现了速率达18.8Gbps迄今最快的实时量子随机数发生器,打破了国外同行的垄断!

在这两则消息中都提到了一个名词,就是光子芯片。众所周知,我国的芯片技术与国际先进技术相比还是有不小差距的。这也是我们常称的“卡脖子”问题。为了解决这个问题,我们现在采用的是双管齐下方针。一方面延续发展硅基芯片技术;另一方面积极寻找新的材料和技术以开辟一条新的芯片之路,实现“弯道超车”。从目前来开这两条道路上,我们都已经取得了一定的成效。但不得不说想要在传统芯片赛道上超越欧美国家实在有点难。好在在新材料领域,比如,此前取得突破的石墨烯晶圆技术和今天我们聊的光子芯片让我们看到了希望。

光子芯片的优势

光子芯片简单说就是利用光信号进行数据获取、传输、计算、存储和显示的芯片。相对于传统的集成电路,光子芯片的独特优势主要表现为高速率和低功耗。我们知道,光信号以光速传输,这点就使得在速度上能得到巨大提升。理想情况下,光子芯片的计算速度比电子芯片快约1000倍。另外,光子计算消耗能量少,光计算功耗有望低至每比特10-18焦耳(10-18J/bit),也就是说,在相同功耗下,光子器件比电子器件可能快上数百倍。

除此之外,光波的频率、波长、偏振态和相位等信息都可以代表不同的数据,且光路在交叉传输时互不干扰。这些特性使得光子擅长做并行运算,从而使光子芯片的数据处理能力、容量及带宽均大幅度提升。

硅基光子芯片

前面提到潘建伟院士团队研发的是一种新型硅基光子芯片。硅基光子芯片指的是用硅基半导体工艺来制造的光子芯片。在一个芯片中分为电子芯片部分和光子传输部分,电子芯片负责逻辑运算,读取传输由光波导来实现。光子芯片改变了芯片的逻辑表达结构,从而大大提升了芯片的计算能力,使它可以不追求工艺尺寸的极限缩小,突破了单纯硅芯片工艺的限制,即便只有微米制程的芯片,也可以做到算力远超1nm的传统芯片。

总的来说光子芯片可称为人工智能时代的基础设施,可以广泛应用于高速传输、远距离感知、人工智能计算处理领域。不过虽然取得的进展,但是总的来说光子芯片技术,都还处于实验论证阶段。但是在美国的强大压力下,我们经举国之力,或许终有突破也说不定呢,你们怎么看?

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