《光子技术前沿蓝皮书》发布，揭秘AI如何赋能光子产业
《光子技术前沿蓝皮书》发布，揭秘AI如何赋能光子产业
近日，在2024硬科技创新大会光子产业峰会上，国家重大科技基础设施——先进阿秒激光设施（西安部分）正式启动，并发布了《光子技术前沿蓝皮书》。这份蓝皮书不仅展示了中国科学院等机构在该领域的强劲实力，还揭示了光子技术与人工智能深度融合的最新成果，为未来的科技创新和社会进步提供了新的思路和方案。
光子技术：信息时代的新型驱动力
光子技术是光子学与信息科学的交叉领域，将光子作为载体，通过操控光子实现信息的获取、传递、处理和呈现。根据《信息光子技术发展与应用研究报告（2024年）》，信息光子整体处于多样化发展阶段，光通信、光存储、光采集、光呈现等传统方向已规模部署，并不断向更高性能、更多场景应用等下一代路径发展演进。
在四大细分领域中，光连接持续向高速率、大容量、多场景等方向演进。AI影响下速率迭代周期缩短，即将迈入T+b/s时代，并通过频谱拓展和新型光纤等实现容量提升。基于光电混合架构的专用模拟光计算成为研究热点，在处理神经网络推理等涉及大量运算工作负载、且不需要精确解的特定任务时，可作为协处理器为电计算“补充加速”。光采集基于多元化应用场景，逐步向大规模、多功能、高精度、微型化、低成本、高可靠的集成式和分布式方向演进。光呈现多技术方案并行发展，未来几年预计仍将以LCD和OLED两大技术路径为主线，Micro LED、印刷OLED、集成化、三维化等成为新重点。
AI赋能光子产业：开启计算新纪元
在人工智能快速发展的今天，传统电子计算的局限性日益显露。光子处理器的出现为AI计算带来了新的希望。麻省理工学院（MIT）研究团队开发的光子处理器能够在半纳秒内完成深度神经网络的关键计算，准确率超过92%。这一突破不仅展示了光子计算的潜力，更为AI领域的应用开辟了新的可能性。
光子处理器利用光的快速传播特性，几乎不产生热量，从而显著降低能耗。这种能效的提升，对于需要处理实时数据的AI应用尤为重要。MIT团队的研究还引入了非线性光学功能单元（NOFUs），这是一种集成了光学和电子组件的设计，能够在芯片上直接执行复杂的非线性运算。这一创新设计使得光子处理器能够在整个计算过程中保持在光学域内，避免了传统系统中频繁的光电转换，从而降低了延迟，提高了计算速度。
在深度学习和机器学习的应用中，光子处理器的优势变得尤为明显。随着深度学习模型的复杂性不断增加，传统电子系统在训练和推理过程中所需的计算能力常常无法满足需求。而光子处理器的高速度和低延迟特性，使得它在实时学习和决策制定中展现出巨大的潜力。例如，在激光雷达和科学研究等领域，快速获取数据并实时处理的能力将极大地推动技术的发展。
硅光子技术：推动光子产业迈向新高度
近年来，硅光子技术的发展为光子产业带来了新的机遇。硅基光电子器件具有尺寸小、质量轻、功耗低、与微电子电路兼容等优点，非常适合用于开发微型化、高集成度的芯片级光谱仪。通过将硅基光电子器件与计算光谱重建技术相结合，有望实现体积小、高集成、低成本的智能化光谱分析仪器，推动光谱分析技术在更广泛领域的应用和普及。
在多种计算重建光谱仪的解决方案中，硅光子技术为计算重建光谱仪的芯片化提供了一种新思路。硅基光电子器件具有尺寸小、质量轻、功耗低、与微电子电路兼容等优点，非常适合用于开发微型化、高集成度的芯片级光谱仪。通过将硅基光电子器件与计算光谱重建技术相结合，有望实现体积小、高集成、低成本的智能化光谱分析仪器，推动光谱分析技术在更广泛领域的应用和普及。
未来展望：光子技术引领科技创新
随着科技的不断进步和政策的引导，光子技术的应用前景愈加广阔。例如，在空间光子领域，相关卫星工程的阶段性成果为未来的空间探索和地球监测提供了有力的技术支持。这些成就不仅展示了我国在光子科学与工程研究方面的实力，也为全球光子产业的发展贡献了中国智慧。
在未来的光子技术研究中，需要加强跨学科的合作和交流，推动基础研究与应用研发的深度融合。通过不断的技术创新与应用拓展，我国的光子技术有望在全球继续保持领先地位，进一步服务于经济发展与科技进步。正如深圳大学特聘教授吴登生所说：“光子技术领域里面它是一个非常交叉综合的领域，光子技术在医学、在计算机科学，在别的领域里面的一些交叉融合程度会非常广。这种深度交叉融合也推动了光子领域的持续创新，更深入的应用。”