中国成功研制光子时钟芯片 大幅提升信息处理速度

在繁忙的十字路口，红绿灯通过调整时间和颜色来指挥交通。类似地，芯片的信息处理也需要精确的时间调控，这直接影响到芯片的性能。北京大学常林研究团队与中国科学院空天信息创新研究院合作，成功开发出世界首款光子时钟芯片，将时间调控速度提升了100倍，显著提升了未来智能计算、6G通信和空天遥感等应用的性能。相关研究成果发表于《自然·电子学》。

传统芯片要实现高速信息处理，通常依赖电子振荡器生成时钟信号。然而，这种方案不仅速度有限，还会消耗大量功率并产生较高热量。此外，不同应用如6G、车载毫米波雷达和GPU需要不同频率范围内的时钟，导致芯片制造技术复杂且成本高昂。而新开发的光子芯片技术则利用光子生成时钟信号，由于光速远快于电子速度，因此光子时钟在信息处理上具备明显优势。

该芯片的成功研制关键在于对“光频梳”技术的改进。过去，这一技术需要昂贵设备支持，价格高达数百万元且只能进口。研究团队实现了“光频梳”技术的芯片化，在芯片上构建了类似跑道形状的环，让光以光速不断循环，每跑一圈的时间作为芯片时钟的标准。这一过程所需时间极短，仅为1秒的几十亿分之一，使得光子时钟能够进行超高速时间调控。

实验结果显示，单个芯片就能覆盖所有微波频段的时钟，支持从5G到6G甚至更高速度的手机通信，避免了每次通信升级都需要更换硬件的问题。此外，这项技术还能提升计算主频，目前团队实现的时钟频率已超过100GHz，这意味着可以在更短时间内完成更多计算任务，为人工智能发展提供更强算力。