在光子學領域，科學家們最近創造了世界首個可編程非線性光子波導，這項技術能夠在單一晶片上切換多種光學功能，標誌著光子學的一次重大突破。這項創新顛覆了長期以來的光學規則，即「一個設備、一個功能」的範式，這種範式限制了基於光的技術的設計和擴展。來自 NTT Research、康奈爾大學和斯坦福大學的研究人員共同開發了這個設備，它為光學與量子計算、通訊以及可調光源開啟了新的篇章。
NTT Research 的科學家 Ryotatsu Yanagimoto 率領這項研究，他提到這些成果標誌著非線性光學傳統範式的重大轉變，因為在以往的情況下，設備功能在製造過程中是永久固定的。這種新的可編程非線性波導的出現，擴展了非線性光子學的應用範圍，尤其是在快速設備重構和高產量至關重要的情況下。傳統的光子設備只能執行在製造過程中定義的單一任務，每一種新的光學功能都需要一個獨立的設備，這無疑增加了成本和複雜性，同時由於製造缺陷而降低了產量。
新型的可編程非線性波導則顛覆了這一局面。該設備使用氮化矽核心建造，其光學特性可以通過將結構化光模式投影到晶片上來動態改變。這些光模式創建了可編程的光學非線性區域，定義了設備從一種功能到另一種功能的轉變。當不同的光模式被投影時，該設備可以在同一物理結構內執行一系列的非線性光學任務。研究團隊展示了任意脈衝形狀、可調的二次諧波生成、全息生成時空光結構以及非線性光學功能的實時反向設計等多種應用。
這項突破性技術從根本上改變了非線性光子設備的運作方式。Yanagimoto 強調，這是首次為大型光學電路、可重構的量子頻率轉換、任意光學波形合成器以及廣泛可調的經典及量子光源的應用開辟了新的道路。根據 IDTechEx 的報告，光子集成電路市場到 2035 年的年收入可能超過 500 億美元，涵蓋數據通訊、電信、量子技術、傳感器和激光雷達等多個領域。這項技術使得在製造後編程光子設備成為可能，這將大幅降低研發和生產成本，同時提高製造產量。
此外，這種靈活性還可以通過減少所需元件的數量來使光學系統更加緊湊和節能。這種靈活性對於量子計算等領域可能帶來變革，其中可編程的量子光源和頻率轉換器能夠增強計算和網絡能力。它還可能通過為 5G 和未來的 6G 系統提供可調光源來提高電信性能。展望未來，研究人員看到了廣闊的潛力，計劃探索如何將可編程非線性集成到更廣泛的材料中，以及這項技術如何演變以執行量子級的功能。
隨著 NTT Research 的 PHI Lab 繼續致力於將物理學和信息學結合起來，光基計算的未來變得更加靈活。
