光計算技術與產業發展研究報告版權聲明本報告版權屬于中國信息通信研究院，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應將追究其相關法律責任。算的需求呈指數級增長?，F有馮?諾依曼架構下的傳統電子信號處理 5 8 9 9 3 6 7 8 1一、光計算發展背景全球算力規模不斷擴大，下游應用市場算力需求增長強勁。據 2電子計算硬件采用的處理器的邏輯單元和存儲單元是分立的馮.諾依為應對萬物智能時代海量應用創新和重大技術革新對算力供給的百1李潔,王月.算力基礎設施的現狀,趨勢和對策建議[J].信息通信技術與政策,2022(3):5. 3破電子芯片的一系列弊端，相關研究者們開始考慮從“電”向“光”則基本沒有延遲，具有更快的響應時間；5)光子沒有自相互作用，算將是解決摩爾定律困境以及馮?諾依曼架構瓶頸問題，即解決當前1Lightmatter,Hotchips會議報告《SiliconPhotonicsforArtificialIntelligen 4 5(二)概念與分類 6 7光計算按照所處理的數據形態可分為通用的數字光計算和專用鑒于光經典計算與光量子計算在計算原理和產業發展等方面存 8 9也由于電子計算機的固有的某些缺陷隨運算速度提高而明顯地暴露光的不同特性進行計算又被分為光經典計算和光量子計算兩條路徑二、光經典計算技術與產業發展態勢(一)光電混合架構為主，專用光計算異軍突起 MZI、微環等光器件，接收部分主要為光電探測器，光放大器可選。 光邏輯門所依賴的非線性材料和結構不可避免地為器件的設計和制經網絡的訓練和物理實施方面還存在較多困難，暫未得到廣泛應用。大多數關于脈沖神經網絡的研究工作仍然集中在理論分析和簡單結 進制調制格式（OOK，DPSK）逐漸向先進高級調制格式（m-PSK，(二)三大趨勢持續演進，體系化發展有望加速硅光有望成為實現集成光計算系統的主要材料平臺。硅光因其平臺。典型的硅基光計算案例包括2x2MZI陣 (三)產業鏈成熟度偏低，產業集群地域較集中 機//片//器//JeanZay 機(四)產學研持續一體化，三階段推進市場應用領域中存在的特定計算需求，利用光計算系統實現加速和性能優化。如微軟推出了用于純模擬域迭代的光電混合計算系統AIM，用于加于初創公司，如孵化于MIT的Lightmatter和孵化于巴黎高師的 (五)技術產業挑戰仍存，國內外進度基本持平 階段，產品形態/目標市場尚不明確，未能牽引研發形成聚焦突破。 三、光量子計算技術與產業發展態勢(一)分層式架構為主流，兩技術路線并行發展 要用于解決特定優化問題，是專用光量子平臺，如相干伊辛機 通過構建光量子邏輯門并形成光量子線路完成對量子態的幺正操作。 (二)遵循三步發展規劃，芯片集成是發展方向 標將集中在對含噪聲中規模集成光量子計算的技術研究及應用方面。(三)硬件軟件持續發展，相關產業鏈仍需完善 光量子企業發展模式主要分兩類，一類遵循軟、硬件協同發展，如//// ///////臺////光量子計算企業通過與芯片制造商合作或自建芯片試線研發光量子 光量子處理器可以識別并執行的物理指令來控制光量子操作時序等向用戶提供光量子軟件開發工具包和光量子計算云平臺進而為用戶 (四)多國積極布局規劃，政策及資金支持加大“光量子集成電路封裝(QPICPAC)項目”“國家量子計算中心(NQCH)”和“國家量子無晶圓廠(NQFF)” 開始實施的英國國家量子技術計劃建立了量子通信中心和量子計算睞光量子計算發展。美國政府在2022年向格芯(GlobalFoundries)及2014年提出的量子光子學傳感與安全研發計劃，重點推進科學研究 網絡安全和量子計算領域初創公司的出現促進了光量(五)當前我國局部領先，未來發展仍面臨挑戰 我國在光量子器件性能提升以及光量子芯片的研發方面保持良 控[12]。國外光量子集成芯片研發團隊較為有代表性的是PsiQuantum 大以及歐洲等地，實力較為突出的當屬加拿大的Xanadu和美國的PsiQuantum。Xanadu已推出多款硬件、軟件以及模擬器產品； ITU-T和國內標準組織TC578主要開展術語定義類標準研究，IEC(一)光計算多領域應用前景廣闊光計算速度的提升有望在一定程度上解決各個領域中對大數據 有選擇地評估藥物特性,從而快速篩選大量藥物。光計算對于生物醫(二)光計算仍處發展的初級階段 (三)光計算預計將分三階段推進(四)技術攻關協同產業應用發展 芯片加工工藝以及三維集成封裝等光經典計算與光量子計算共性技 參考文獻[2]PierreAmbs,OpticalComputing:A60-YearAdventure,AdvancesinOpticalTechnologies2010,372652(2010).PhotonicPlatform.ChineseJournalofLasers47,060001(2020).[4]方中勤.全光邏輯門關鍵技術研究.北京郵電大學,2018.[6]龍運.基于硅基光子器件的光子[7]曦智科技.大規模光電集成[8]Madsen,L.S.,Laudenbach,F.,Askacomputationaladvantagewithaprogrammablephotonicprocessor.Nature606,75-81(2022).