清華光電融合芯片算力是GPU的3000多倍？媒體搞出的大新聞(3)

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2024-12-02 14:18:14 風(fēng)云之聲

《三體》電視劇中的人列計算機

稍有計算機知識的人，會明白基于電流、電壓的半導(dǎo)體做計算是比較自然的，二進制邏輯不難懂。就如劉慈欣《三體》中描述的，用幾個士兵就能演示與、或、非基本邏輯計算，進而實現(xiàn)加減乘除等數(shù)學(xué)運算，直到整個計算機系統(tǒng)。

集成光路示意圖

光子其實也是可以搞計算的，而且是零能耗。上圖是一個與“集成電路”類似的“集成光路”，激光器產(chǎn)生的光在“光路”的各種元器件里傳輸處理，效果相當(dāng)于計算。你可能會想到我的朋友袁嵐峰經(jīng)常介紹的、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研發(fā)的“九章”系列量子計算機，但它和這里說的光計算并不是一回事。九章也是用光來做計算，但它是利用單個光子的量子特性，如疊加和糾纏。而一般說的光計算，用的還是大量光子的干涉、衍射等經(jīng)典特性。

例如一束光通過透鏡衍射，就可以理解為執(zhí)行傅里葉變換積分。整個過程是“無源”的，能耗為零，無須如集成電路那樣外加電源。再一個例子是馬赫-曾德爾干涉儀（MZI，Mach–Zehnder Interferometer），可以直接構(gòu)造出一個2 × 2的矩陣，也是無源的。級聯(lián)的MZI可以進行矩陣乘法，非常有特性，讓MZI成為光計算的基礎(chǔ)單元，ACCEL論文里也提到了MZI。這就有些專業(yè)了，不象電子世界的二進制邏輯那樣容易理解。

下面我們來稍微詳細地介紹一下馬赫-曾德爾干涉儀。你可能聽說過恩斯特·馬赫，他是非常著名的物理學(xué)家和哲學(xué)家，愛因斯坦多次表示受到過他的很大啟發(fā)。但馬赫-曾德爾干涉儀中的馬赫并不是恩斯特·馬赫，而是他的兒子路德維?！ゑR赫。路德維·曾德爾1891年提出這種干涉儀的構(gòu)想，路德維?！ゑR赫1892年改進，兩人提出的這種干涉儀構(gòu)型很靈活，被廣泛應(yīng)用于量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究。MZI后來應(yīng)用到了光通信，近來又用到了光計算，在光學(xué)測量中也很常用。

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