第 74 节 光子 AI 芯片（第1页）

长期以来，光学计算机一直被认为是信息处理最前沿、最令人向往的设备，因为它具有大带宽和低功耗计算的潜力。经过 30 年的技术积累，光学计算走过了低潮，慢慢进入了量子时代的复苏阶段。让我们先回顾一下光学计算的简史。

20 世纪 80 年代，贝尔实验室的科学家最早尝试制造光学计算机。这种新型计算机的带宽可达数百太赫兹，明显大于电子设备几千兆赫兹的带宽。到了 20 世纪 80 年代中期，人们对这项技术的期望达到了高潮。当时，贝尔实验室的一位人士在美国《纽约时报》上如此预测：「到 20 世纪 90 年代中期，我们将拥有灵活的可编程计算机。你可能永远不知道其中有光学器件。你会看到没有闪烁的灯光，看起来很沉闷，但它会围绕其他一切器件运行。电子产品跟不上我们。」

贝尔实验室的光学计算方法是一种基于电子晶体管原理的光学晶体管版本，即一种用于切换（或放大）光信号的器件。与手机和计算机内部晶体管里面的电子不同，光束不会直接相互作用。然而，光可以与材料相互作用：通过暂时改变它通过的材料的特性，一个光束的通道可以被另一个光束「感觉到」。这种光学晶体管的开关工作方式如图 13.1 所示。

但遗憾的是，贝尔实验室的科学家的预测并没有实现。这主要是由于实现光学晶体管非常困难。每个光学晶体管都会吸收一些光，使光信号在传播时会逐渐变弱，这就限制了可在这种系统上执行的操作次数。最重要的是，如何用光来存储数据是个大问题，这个问题至今仍然极具挑战性。由于 20 世纪 80 年代未实现承诺，科学界对光学计算研究产生了怀疑和争议。

然而，虽然光学晶体管失败了，但一种新的光学计算方法又被发明出来。20 世纪 90 年代中期，由于新的证据表明量子系统可以解决在经典计算机上难以解决的问题，量子计算迅速发展。有许多已知的方法来实现量子系统，包括使用光子（单个粒子）。1994
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