第48章 光子计算的突破 （1/3）

光子计算的突破

#### 第四十八章：光子计算的突破

TSV工艺的突围，为“奇点”芯片扫清了量产的最后障碍。但江知夏的目光，早已投向了更遥远的未来——光子计算。

在松山湖的实验室里，江知夏正盯着一台精密的光学测试台。屏幕上，光信号的波形杂乱无章，像一团乱麻。

“还是不行。”光子组的张工叹了口气，“非线性效应太弱了。光子和光子之间几乎不发生相互作用，就像两束手电筒的光交叉穿过，互不干扰。没有相互作用，就实现不了逻辑运算。”

这是光子计算最大的物理瓶颈。

电子之间可以通过电场轻松相互作用，实现“与、或、非”等逻辑门。但光子是玻色子，它们倾向于“和平共处”，很难发生碰撞和干涉。

“我们需要一种材料，能让光‘慢’下来，甚至‘停’下来，强迫它们发生相互作用。”江知夏盯着屏幕，喃喃自语。

“慢光？”张工苦笑，“江总，这需要在材料里制造极端的色散环境。目前的铌酸锂薄膜虽然不错，但还达不到那个效果。”

“那就换材料。”江知夏突然说，“我们试试‘里德堡原子’。”

“里德堡原子？”张工愣住了，“那是原子物理实验室里的东西，需要超高真空和激光冷却，怎么可能集成到芯片上？”

“为什么不能？”江知夏眼中闪过一丝疯狂的光芒，“北大常林团队最近在《自然·电子学》上发了一篇文章，他们利用‘光频梳’技术，在芯片上实现了100GHz的主频调控。虽然他们做的是时钟芯片，但原理是相通的。”

江知夏迅速调出那篇论文的数据：“他们利用微环谐振腔，把光锁在极小的空间里循环奔跑。如果我们在这个微环里，填充一种特殊的‘量子气体’，比如铷原子蒸气，利用里德堡阻塞效应，就能让光子之间产生极强的相互作用。”

“在芯片上充气体？”张工觉得这简直是天方夜谭，“这工艺怎么搞？封装一漏气，全完了。”

“我们可以用‘空心光子晶体光纤’的技术。”江知夏在白板上飞快地画图，“我们不再用实心的波导，而是用空心的光子晶体结构来传输光。光在空气里跑，损耗更低。然后，我们在空心里注入铷原子蒸气，利用激光将其激发到里德堡态。”

“一旦进入里德堡态，原子会变得巨大，电子云会重叠。这时候，只要有一个光子进来，就会改变原子的状态，从而阻止第二个光子的通过。这就实现了‘光子晶体管’的效果——一个光子控制另一个光子。”

“单光子开关！”张工的眼睛亮了，“如果真能做到，那功耗将趋近于零！而且速度是光速！”

“理论上是完美的。”江知夏冷静地说，“但工程上，我们需要解决三个难题：第一，如何在纳米级的空芯里注入并维持原子蒸气；第二，如何精确控制激光的激发频率；第三，如何把这套复杂的光学系统集成到指甲盖大小的芯片上。”

“这……”张工有些迟疑，“这需要跨学科的合作。我们需要原子物理专家，还需要精密光学加工专家。”

“人，我来找。”江知夏拿起手机，“清华大学的方璐、戴琼海团队，他们搞出了‘太极’光计算芯片，虽然架构不同，但在光路集成和原位训练方面，他们是世界顶尖的。还有华中科大，他们的武汉光电国家研究中心，在微纳光学加工方面有深厚的积累。”

一周后，武汉。

华中科技大学的光学实验室里，江知夏见到了宗良佳教授团队。

“江博士，你的想法很大胆。”宗教授看着江知夏带来的设计方案，“在空心光子晶体里做里德堡原子计算，这在国际上也是前沿中的前沿。但是，加工这种空心结构，精度要求极高，而且良率很难控制。”

“宗教授，”江知夏诚恳地说，“我们华为愿意提供最先进的电子束光刻机，和你们共建一条‘光子晶体专用线’。你们负责工艺开发，我们负责系统集成。”

“共建专用线？”宗教授有些动容，“这可是几千万的投入。”

“为了未来，值得。”江知夏坚定地说，“而且，我们不仅要做出来，还要做便宜。华为的专利库里，有一项关于‘凹面镜数组+光调制器’的架构（CNB），可以把光计算的耦合效率提升10倍。我们可以把这个专利无偿授权给你们。”

“凹面镜数组……”宗教授眼睛一亮，“我知道这项专利！如果能结合我们的微纳加工技术，确实能解决光路损耗的问题。”

“还有，”江知夏补充道，“清华的‘太极’团队已经开源了他们的代码和训练方法。我们可以直接复用他们的‘广度光计算’架构，来训练我们的里德堡原子网络。这样，我们就不需要从头开发算法了。”

“借力打力。”宗教授笑了，“江博士，你真是个精明的商人。好，这个合作，我们接了！”

接下来的三个月，是武汉和东莞两地奔波的三个月。

江知夏带领团队，在华科大的洁净室里，开始了疯狂的实验。

“电子束曝光剂量1200μC/cm?……”

“反应离子刻蚀深度5微米……”

“铷原子蒸气注入压力……”

“激发激光波长780nm……”