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原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251115095923.htm
原文作者：Aalto University
一束光运行AI，实现超级计算机般的算力
光基张量计算有望将AI推向超快、高能效性能的新纪元。
张量运算是一种先进的数学形式，支撑着许多现代技术，尤其是人工智能。这些运算远远超出了大多数人接触到的简单计算范畴。一个有用的想象方式是，将其视为同时在多个维度上操作一个魔方，通过旋转、切割或重新排列其层面来完成。人类和传统计算机必须将这些任务分解成序列来处理，而光则可以同时完成所有操作。
如今，张量运算对于涉及图像处理、语言理解以及无数其他任务的AI系统至关重要。随着数据量的持续增长，传统的数字硬件（如GPU）在速度、能耗和可扩展性方面正面临越来越大的压力。
研究人员展示了光驱动的单次快门张量计算
为应对这些挑战，由阿尔托大学电子与纳米工程系光子学小组的Yufeng Zhang博士领导的国际团队开发了一种根本性的新方法。他们的方法允许复杂的张量计算在光通过光学系统的那单个瞬间内完成。这一过程被称为单次快门张量计算，其速度等同于光速。
"我们的方法执行的是当今GPU处理的同类操作，比如卷积和注意力层，但它们都是以光速完成的，" Zhang博士说。"我们不是依赖电子电路，而是利用光的物理特性来实现许多计算的同步进行。"
将信息编码到光中以实现高速计算
该团队通过将数字信息嵌入到光的振幅和相位中，实现了这一目标，将数值数据转化为光场中的物理变化。当这些光波相互作用时，它们会自动执行数学过程，如矩阵和张量乘法，这些正是深度学习的基础。通过利用多波长的光，研究人员将他们的技术扩展到支持更复杂、更高阶的张量运算。
"想象你是一名海关官员，必须通过多台具有不同功能的机器来检查每件包裹，然后将它们分拣到正确的箱子里，" Zhang说。"通常情况下，你会逐个处理包裹。我们的光计算方法将所有包裹和所有机器融合在一起——我们创建了多个'光学挂钩'，将每个输入与其正确的输出连接起来。通过一次操作、一束光通过，所有的检查和分拣都即时并行完成。"
被动式光处理与广泛兼容性
该方法最引人注目的好处之一是它所需的干预极少。必要的运算在光传播过程中自然发生，因此系统在计算过程中不需要主动控制或电子切换。
"这种方法可以实现在几乎任何光学平台上，" 阿尔托大学光子学小组的负责人Zhipei Sun教授说。"未来，我们计划将这种计算框架直接集成到光子芯片上，使光基处理器能够以极低的功耗执行复杂的AI任务。"
迈向未来的光基AI硬件
Zhang指出，最终目标是将该技术适配到主要科技公司现有的硬件和平台上。他估计，该方法可能在3到5年内被整合到这些系统中。
"这将创造出新一代的光学计算系统，显著加速各个领域的复杂AI任务，" 他总结道。
该研究于2025年11月14日发表在《Nature Photonics》上。
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