计算科学领域的“明日之星”：首枚光子神经形态芯片问世

根据麻省理工学院技术评论杂志网站上最近的一份报告，普林斯顿大学的一个研究小组最近开发了世界上第一个光子神经形态芯片，并证明它可以超高速计算。该芯片有望开启一个全新的光子计算产业。

普林斯顿大学亚历山大·泰特团队的新成就是利用光子来解决神经网络电路的速度限制问题。神经网络电路在计算领域引发了一场风暴。科学家希望制造更强大的神经网络电路。关键在于制造能像神经元或神经形态芯片一样工作的电路。然而，这种电路的主要问题是提高速度。光子计算是计算科学领域的“明日之星”。与电子相比，光子具有更大的带宽，可以快速处理更多的数据。然而，光子数据处理系统由于制造成本高而没有得到广泛应用。

该团队开发的光子神经网络的核心是一个光学设备——每个节点都具有与神经元相同的响应特征。这些节点是蚀刻在硅基座上的微型圆形波导，光可以在其中流通。当光被输入时，在阈值下工作的激光器的输出被调节。在这个区域，入射光的微小变化会对激光器的输出产生很大影响。

这种光学设备的原理是系统中的每个节点使用特定波长的光。这项技术被称为波分复用。来自每个节点的光将被馈送到激光器，并且激光器输出将被反馈到该节点，从而创建具有非线性特性的反馈电路。至于这种非线性能量模拟神经行为的程度，研究表明，它的输出在数学上相当于一种称为“连续时间递归神经网络(CTRN)”的装置，这表明CTRN编程工具可以应用于更大的硅光子神经网络。

泰特的团队使用49节点硅光子神经网络来模拟微分方程的数学问题，并将其与普通的*处理器进行比较。结果表明，在这项任务中，光子神经网络的速度提高了3个数量级。

研究人员表示，这将开启一个全新的光子计算产业。泰特说:“硅光子神经网络可能成为一个更大的硅光子系统家族的“先锋”，这个系统可以扩展信息处理。”