美国宾夕法尼亚大学
光子因其高速、低损耗的特性主导了现代通信，但其弱相互作用性一直是计算应用的短板。这项研究通过将光与原子级薄半导体材料中的电子强耦合，形成了被称为“激子—极化子”的混合粒子。该粒子兼具光的高速传播特性与物质的强相互作用能力，从而克服了传统光子难以进行逻辑运算的关键障碍。
研究团队在实验中演示了基于激子—极化子的全光开关操作，其单次切换能耗仅为约4飞焦耳（4×10-15焦耳），能量消耗极低。这一突破对于AI硬件发展具有特殊意义。目前多数光子AI芯片虽能用光执行线性计算，但在执行非线性激活函数等关键决策步骤时，仍需将光信号转换回电子信号，这种反复转换过程严重制约了光子计算的速度与能效优势。新方案有望实现从光输入到光处理的全流程光子计算，避免信号转换带来的损耗。
研究团队构建的纳米尺度光学腔与原子级薄半导体材料相结合，使光与物质发生强相互作用，产生的激子-极化子准粒子足以执行计算所需的信号开关操作。该技术若成功规模化，将使计算芯片能够直接处理来自摄像头等传感器的光信号，大幅降低大型AI系统的功耗，并为在芯片上实现基础的量子计算操作提供可能路径。
（据《科技日报》 记者 张梦然）
