我国科研团队在超紧凑可编程光子模拟器研制中获进展

让光在微小的芯片中完成计算，还能“记住”设定好的工作状态，是光计算研究中的一个重要方向。近日，武汉光电国家研究中心张新亮、董建绩教授团队联合复旦大学程增光教授、光本位科技蒲华楠，研制出一种超紧凑的可编程光子模拟器。同一器件可以按需切换多种光学功能，设定后无需持续供电来保持计算核心的状态。相关成果发表于《光学》（Optica）期刊。

光不仅能够传递信息，也能参与计算。研究人员通过设计光在芯片中的传播路径和相互作用方式，让光的传播过程完成特定运算。如果还能灵活改变这些设置，同一块芯片就可以承担不同任务。不过，要把更多功能装进更小的空间，同时减少维持设置所需的能耗，仍是光计算面临的难题。

研究团队将三条引导光传播的微小通道——波导——并排排列，让光在前进时能够在相邻通道间交换能量。波导上的相变材料如同可以反复改写的“记忆开关”：用光脉冲改变材料状态，就能调节光的传播和分配方式；写入后的状态可以保留下来，再次改写时又可切换功能。这使器件兼具可编程和非易失的特点。实验样机的计算核心仅长432微米、宽约2微米，在很小的空间内集成了可调控的光学功能。

实验中，团队在同一器件上实现了多种功能：让光从指定出口输出（光开关）、按需要分配各路光的强弱（功率分配器），以及完成用于信息处理的矩阵运算（矩阵乘法）。研究人员还将器件用于鸢尾花分类，根据花朵的测量特征区分不同类别，在30个测试样本中正确识别29个，准确率为96.67%。这一小规模实验验证了该器件用于分类计算的可行性。

这项研究展示了一条把光学计算、可重复编程和状态记忆集成到微小器件中的新路径，为构建更紧凑、灵活的光子处理器提供了基础。未来，随着可独立调控单元的增加和编程方法的完善，这一架构有望用于更复杂的光学信息处理与计算任务。

该研究得到国家自然科学基金和教育部项目资助。武汉光电国家研究中心博士生王亮为论文第一作者，董建绩、张新亮教授为通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.605248