光子芯片，这名字听起来就高大上，带有那么一丝未来科幻的味道。

其实光子芯片和现在使用的电子芯片，是在上个世纪八十年代同时出生的一对双胞胎。

如果要说光子芯片的前沿理论，其实早在1887年就已经被提了出来。

这个理论后来的成果，被叫做光子晶体。

当时间走到1969年的时候，美国贝尔实验室提出了集成光学概念，这才有了向芯片领域研究的路子。

问题来了。

难道光子芯片和电子芯片差不多？

差很多！首先光子芯片是建立在光的基础上，使用光作为信息传输、数据运输的载体。

整个世界，还有比光快的物质吗？

要知道根据爱因斯坦的狭义相对论来说，一切速度是不可能超过光速的。

显然光子芯片要比电子芯片更加的优秀。

那么为什么电子芯片运行了这么久，现在才有了光子芯片的消息呢？

理论归理论，研究归研究，一切可以进行实践推广的东西，前提是技术足够的成熟和稳定。

电子芯片有一个关键性的技术，早在电子芯片出现的时候，就已经趋于成熟。

这就是晶体管技术，这个部件相当于一个枢纽，他可以将一个，甚至是一个以上的电信号进行重新的编辑，变成一个信号进行输出。

以晶体管为起点，就出现了模拟信号，数字信号等等。

这就让电信号转变成人类需要，而且可以进行解读的信号，于是电子芯片在这个基础上就繁荣了起来。

想要出现光子芯片，同样需要类似的部件进行转化，让各种光，甚至是不同波长的电磁波，进行重新编辑整理，转变成可以让人类稳定控制的信号。

而这个部件就叫做光晶体管。

但很可惜的是光晶体管的研究，就一直没有什么突破性的进展。

比如最大的挑战就是，输出的信号居然要比输入的信号波长要长，波长变长了，要捕捉到这个信号，就要加大距离，不然怎么捕捉？

所以往往制作出来光子芯片的体积就要巨大化了才行。

当然还有一个办法，就是把光晶体管做的很小很小，小到微米级别。

上个世纪八十年代，开什么玩笑。

这个难关一直就没有攻克，这就让电子芯片有了高速发展的时间。

如今电子芯片的发展其实已经走到了一个瓶颈，这就是人们常说的摩尔定律。

什么是摩尔定律呢？

这个定律是英特尔的创始人之一戈登.摩尔提出来的。

大概意思是，集成电路上可以容纳的元器件数量，在一年到两年之内，就要翻上一倍，当然性能也会随之翻倍。

这个定律说明了，如今信息化发展的速度是极其的惊人。

如今这种发展已经进行了半个世纪了。

那么这就出现了一个问题，一块小小的集成电路面积就那么大，元器件的数量不断地翻倍，最后就会让一块小小的集成电路装上去的元器件数量变成一个及其恐怖的数字。

集成电路就要面对装不下元器件的局面。

所以现在对于芯片的工艺制程，很多科学家已经开始讨论起了电子芯片是不是已经走到了尽头，应该再换一条跑道的时间点上了。

那么被冷落在一角足有五十年的光子芯片，就被提上了日程。

说道这里，很多人就会问一声：“光刻机呢？”

如果光子芯片推出来，且可以进行工业化量产，光刻机就应该放到博物馆里吧！

话说电子芯片的性能，依赖于集成的晶体管数量的多少。

这种情况下，不仅会遇到摩尔定律的瓶颈，而且随着晶体管数量的增多，耗能也会加剧，甚至会出现串扰，时延等等一系列的难题。

而且这些难题，会随着晶体管增多，变的越来越难以攻克。

以耗能为例，一个数据中心的能耗，大约有40％会浪费在散热上。

将近一半的能量损失。

目前全世界数据中心的能耗占全世界能源的1％。

1％的数据看起来很小，但要知道全世界消耗的能源是一个相当恐怖的数字。

比如谷歌这么一家公司，一年消耗的能源，要比斯里兰卡这个国家消耗的能源还要多。

如果不相信的话，可以参考过去挖掘虚拟币的矿机，一片矿机一启动消耗的电能是一个非常恐怖的数据。

2009年的时候，全世界矿机消耗的能源比谷歌一家公司一年消耗的能源还要多。

而且这个消耗过程，还会出现大量的二氧化碳气体。

那么光子芯片呢？

光子芯片就没有这样的麻烦，这种芯片是以光为信息的载体，具有低功耗，高宽带，高并行的特点。

因为光子芯片就没有电阻的说法，他是通过镭射产生的光子，然后以极快的速度通过，波导，调制器，反射器的。

这个过程不能说没有热量的产生，但非常的少。

所以想要进行大容量的数据传送，光子芯片是最好的选择。

下一次的工业革命，是以人工智能作为基础的，光子芯片就是一种能够为人工智能提供高效服务的芯片。

这一点是电子芯片无法比拟的。

所以各个国家对于光子芯片，都有着高额的研发投入。

毕竟光子芯片将会成为人工智能的一个核心部件。

首先是美国。

其实早在1990年的时候，美国的贝尔实验室就已经设计出了光子计算机的原型机。

这台原型机就是利用光进行计算的。

虽然原型机出来了，但他们无法做到，将其中的电子元件进行缩小，所以当时的光子计算机的元件并不能做到紧凑，以至于体积很大，无法和电子芯片计算机相比较。

当然了，进行工业化的量产也就不可能了。

没有经济利益的推动，这个项目也就停了。

如今随着科学技术的进步，尤其是光子设备的制造日趋成熟，光子元件也在不断地缩小。

在2016年的三月份，美国的三所大学的科研人员，就研发出一款光子芯片。

当时宣布这款光子芯片是世界上第一款成熟的，而且是使用光传输数据的处理器。

这块芯片每一平方毫米的数据传输速度可以打倒300000兆位，是当时电子芯片的十倍到五十倍的速度。

那么这枚光子芯片有多大呢？

十八平方毫米，但在上面有两个处理器核心，一个发送，一个接受，整体的部件有七千万个晶体管，以及八百五十个光子元件。

芯片上的部件数目绝对是一个很恐怖的数目。

当然这款光子芯片，一直无法应用在商业用途上。

到了2021年，美国马萨诸塞州波士顿的初创公司对外宣布，他们研发出了一种光子芯片，耗电量只有同等级芯片的六分之一。

这个时间点上，美国人工智能领域的各行业，对光子芯片也开始进行相应的开发。

那么其他国家呢？

2017年九月二十八号的时候，英国的牛津大学对外宣布，他们学校的科研人员，同样在光子芯片上取得了突破性的进展。

甚至都可以做到模拟人类的脑神经结构，进行信息的高速传播。

做出可以类比人类脑神经结构的光子芯片，这可是了不得的突破，要知道人类的大脑是最为神秘的，到现在各路科学家都没有解开这里面的所有秘密。

还有就是大脑是一个能够同时处理，还可以进行存储信息的地方，这是任何芯片不容易做到的，而且这种工作过程耗能是相当低。

毕竟大脑的工作能耗高了的话，温度就会上升，到时候颅压就会变高，而人的大脑就要出问题了。

所以光子芯片研发的可以做到和人类大脑的结构类比，绝对是一个非常了不得的研究成果。

牛津大学的研究人员，将研究成果发表在了美国的《科学进展》杂志上了。

在这篇报道中，还提到了，之所以能有人类大脑一样的结构，他们使用了非常特殊的相变材料，然后结合光路，研发出来的一种光子芯片。

而且运行的速度要比人的脑神经快一千倍。

当然了这些成果也一直待在科学实验室里，离工业化量产还是有一定的差距。

在2022年的七月十一号，澳大利亚的科学家，在光子芯片中也有了突破性的进展。

研发出了第一款自校准光子芯片，这种东西形象比喻一下，相当于光子芯片的高速路上搭建起来的公路桥。

起到可以将各种光子芯片进行连接的作用。

2024年四月十一号，清华大学成功的研发出了太极光子芯片，据说这种芯片的计算速度可以提升1000倍。

当然了按照惯例，这个研究成果被写成了论文发表到了《科学》这份期刊上了。

提高1000倍的计算速度，这绝对是一个突破性的进展，也意味着中国在光子芯片上占在了世界的前沿。

其实在中国，有关光子人工智能芯片的项目早就已经启动了，时间是在2019年，地点在顺义。

这次的技术突破，会更快的推进光子芯片的量产。

一旦开始量产，就可以摆脱目前的高制程光刻机的路子，从而实现换道超车。