这种“半光半物质”粒子，有望补上AI光计算最后一块拼图
Air Explorer Pro是一款跨平台多网盘管理工具，可实现一站式完成不同网盘间文件的互传、搜索和同步等操作。任务管理和过程控制会更完整，持续下载、批量同步或需要稳定传输流程的场景会更适合它。
1946年，宾夕法尼亚大学的J. Presper Eckert和John Mauchly向世界展示了ENIAC。这台庞然大物利用电子的流动来求解弹道方程，就此拉开了电子计算时代的序幕。 八十年后的2026年4月，同样是在宾夕法尼亚大学，物理学家Bo Zhen的团队在《物理评论快报》上发表了一项新成果
1946年，宾夕法尼亚大学的J. Presper Eckert和John Mauchly向世界展示了ENIAC。这台庞然大物利用电子的流动来求解弹道方程，就此拉开了电子计算时代的序幕。
八十年后的2026年4月，同样是在宾夕法尼亚大学，物理学家Bo Zhen的团队在《物理评论快报》上发表了一项新成果。他们制造出了一种半光半物质的混合准粒子——激子-极化激元，并仅用大约4飞焦（fJ，即4×10⁻¹⁵焦耳）的能量，就实现了光信号的全光开关切换。这个能量，比短暂点亮一颗微型LED还要低好几个数量级。
从电子到光子，宾大用了八十年画了一个圆。只不过，这次要应对的挑战不再是弹道计算，而是人工智能。
图丨相关论文（来源：Physical Review Letters）
AI对算力的渴求，正在将全球电网推向极限。国际能源署的数据显示，2025年全球数据中心用电量同比增长了17%，预计到2030年将翻倍，达到约950太瓦时。问题的根源在于电子本身：它携带电荷，移动时会产生电阻，电阻则意味着发热。芯片集成度越高，散热就越发成为难题。
光子，似乎是一个天然的替代选择。它不带电、没有静止质量、以光速传播，并且几乎不产生热量。事实上，光子早已统治了通信领域，全球互联网的骨干就是由光纤构成的。然而，要让光子从信息的“搬运工”升级为“计算者”，却卡在了一个看似简单的基本问题上：光子之间几乎不发生相互作用。
这恰恰是光子最大优势的反面。“光子是电中性的，这使其能够快速、低损耗地进行远距离信息传输，”论文共同第一作者、前宾大博士后李赫（现为蒙大拿州立大学助理教授）向媒体解释道，“但这种电中性也意味着它们几乎不与周围环境互动，而计算机依赖的信号开关逻辑，恰恰需要这种互动。”
这个矛盾对于光子AI芯片来说尤为致命。神经网络的运算主要分为两步：线性运算（如矩阵乘法）和非线性激活（类似于“做判断”）。光子天生擅长前者，利用干涉和衍射效应就能高效完成矩阵乘法，速度极快且能耗极低。曦智科技、Lightmatter等公司已经将光子矩阵乘法芯片推向了商业化。在线性计算这一步，光子已经证明了其巨大潜力。
但非线性激活不同，它需要信号之间能够相互影响，一个信号的状态要能改变另一个信号的状态。电子天生就能做到这一点，因为它们带电，彼此间存在排斥力。而光子做不到。结果就是，许多现有的光子AI芯片在完成矩阵乘法后，不得不将光信号转换回电信号，交给电子器件去执行非线性激活，然后再转换回光信号，输入到下一层网络。
这种反复的“光-电-光”转换过程，恰好吞噬了光子计算在速度和能效上的大部分优势。麻省理工学院此前曾开发混合光电的非线性功能单元来缓解这一问题，新加坡国立大学的团队也在2026年3月报告了利用铌酸锂波导实现全光激活的方案。各路研究者都在攻克同一道关卡：如何让光信号无需变回电子，就能完成“判断”。
宾大团队的思路，与上述几种方案都不同。他们没有试图让光子直接产生非线性，而是选择为光子“嫁接”一个善于互动的搭档。
具体做法是，将一层原子级厚度的硒化钼半导体薄膜，放置在一个氮化硅光子晶体纳米腔上。这个纳米腔的模式体积极小，只有大约0.05立方微米，比传统的分布式布拉格反射镜腔小了数个数量级。
在如此局促的空间内，光子被强制与硒化钼中的激子（电子-空xue对的束缚态）发生强耦合，最终融合成一种既非纯光也非纯物质的混合准粒子——激子-极化激元。这种粒子同时继承了光子的速度和激子的互动能力：当两个极化激元相遇时，其物质成分让它们能够“感知”到彼此的存在，从而产生非线性响应。
（来源：Physical Review Letters）
研究团队实现了约4飞焦的全光开关切换能量，这比此前基于二维材料的激子-极化激元系统所报道的皮焦量级阈值低了几个数量级。泵浦-探测光谱显示，开关动作在几皮秒内即可完成，其速度主要受限于激子寿命，而非器件本身。此外，团队还通过电学门控调节硒化钼的掺杂状态，实现了从强耦合到弱耦合的可控切换。
这项研究与现有的光子计算芯片实际上构成了一种互补关系。后者已经在线性矩阵运算上证明了光的优势，但在非线性环节仍然依赖电子器件。宾大团队展示的极化激元全光开关，恰好瞄准的正是这个缺失的关键环节。
如果未来能将极化激元器件集成到光子芯片上，就有可能让整个神经网络的推理过程完全在光域内完成，彻底摆脱“光-电-光”的反复转换。论文中也提到，该系统有望加速全光神经网络的发展，使计算更完整地保留在光域中进行。
当然，距离这一愿景成为现实，还有几道现实的关卡需要跨越。此次实验是在4开尔文（约零下269摄氏度）的极低温环境下进行的，商用芯片显然不可能依赖液氦来冷却。目前的器件也仅仅是单个纳米腔的原理演示，要走向大规模阵列集成，还需要跨越工程上的巨大鸿沟。
论文作者也坦承，当前约4飞焦的开关能量对应着腔内约10⁴个极化激元，还需要再降低两到三个数量级，才能接近量子非线性的理论极限。他们提出了具体的改进路径：在材料端，用带电激子或莫尔激子替代中性激子，有望将非线性响应提升一到两个数量级；在光子器件端，采用折射率更高的绝缘体上磷化铟镓平台（折射率约3.4，远高于氮化硅的2.17），可以进一步压缩光学模式体积，并延长极化激元的寿命。
眼下，光子计算正处在一个微妙的时刻。产业端的投入在不断加速，但全光非线性这个底层物理问题，尚未被工程化地彻底解决。光子芯片在最为关键的“判断”环节，依然需要退回电子世界寻求帮助。宾大的这项工作，为我们指出了一条潜在的技术路径。然而，从4K低温下的单个器件，到室温芯片上的大规模集成，中间横亘着的，远不止是工程优化，更有材料科学与光子学领域一系列基础性的挑战。
参考资料：
1.https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/gc15-qsvf#fulltext
2.https://penntoday.upenn.edu/news/making-light-work-computing
Adobe Acrobat Pro 是面向办公、法务、财务、教育及出版用户的专业PDF处理软件，可在Mac上创建、编辑、转换、合并和保护文档，并提供OCR文字识别、表单、批注、内容比较、敏感信息遮盖及电子签名功能。
Blender 是一款免费开源、跨平台的专业 3D 创作软件，集建模、动画、渲染、视频编辑与视觉合成等功能于一体，广泛应用于影视动画、游戏设计和建筑可视化等领域。软件支持 Cycles 物理渲染器与 Eevee 实时渲染引擎，并提供多边形建模、骨骼绑定、物理模拟等专业工具。Blender 兼容 Windows、macOS 和 Linux 系统，安装包轻巧、运行流畅，依托活跃的全球开发者社区持续更新，是从初学者到专业创作者都值得选择的正版 3D 创作工具。
Shapr3D是一款面向工业设计、机械工程、建筑概念和三维打印工作流的CAD软件。Mac版采用Parasolid建模内核，支持草图约束、实体建模、工程图、可视化渲染及常见CAD格式交换，并可通过账户在多台设备之间同步项目。
Adobe Illustrator 是 Adobe 推出的专业矢量图形设计软件，适合在 Mac 上制作标志、图标、插画、包装、信息图及印刷版面。它以路径和锚点构建可无损缩放的图形，并提供钢笔、形状、文字、图像描摹、渐变、画板及生成式功能。
Adobe InDesign 是面向印刷品与数字出版物的专业版面设计软件，可在 Mac 上制作书籍、杂志、宣传册、海报、报告及交互式文档。它提供精细的文字样式、网格、母版、长文档管理和印前输出能力。
Affinity Designer 的矢量设计能力现已整合进 Affinity by Canva，可在 Mac 上进行标志、图标、插画、界面原型及印刷品设计。个人用户使用免费 Canva 账户即可使用完整的矢量、像素和版面工具。
Archicad是Graphisoft推出的建筑信息模型设计软件，可在Mac上完成概念设计、参数化建模、图纸编制、工程量统计、渲染展示及团队协同。模型与平立剖面、明细表和布局保持关联，适合建筑师、室内设计师、BIM团队及相关专业学生使用。
AutoCAD LT是Autodesk推出的专业二维CAD设计与文档编制软件，Mac版本提供原生界面、多点触控及分屏查看体验。用户可精确创建和编辑DWG图形，完成图层管理、尺寸标注、表格、PDF参考、外部参照及打印输出。
AutoCAD for Mac 是 Autodesk 面向 macOS 提供的专业计算机辅助设计软件，支持精确的二维绘图、标注、布局输出以及实体、曲面和网格建模。软件采用适配 Mac 操作习惯的界面，可处理 DWG 图纸。
Autodesk Fusion 是面向产品设计与制造的一体化云连接平台，在 Mac 上提供参数化建模、自由曲面、装配、工程图、仿真、PCB 设计和 CAM 加工等工具。它适合机械工程师、工业设计师、创客及制造团队使用。
Autodesk Maya是一套面向影视动画、游戏开发和视觉特效制作的专业三维创作软件，集多边形与曲面建模、角色绑定、关键帧动画、动力学模拟、程序化特效及Arnold渲染于一体，并提供脚本、插件和开放式制作管线支持。
Blender是一款免费开源的综合三维创作软件，可在Mac上完成建模、数字雕刻、材质制作、角色绑定、动画、物理模拟、渲染、合成及视频剪辑。软件提供Cycles与Eevee渲染工具，并支持几何节点、蜡笔绘制和Python扩展。
AutoCAD 是 Autodesk 推出的专业计算机辅助设计软件，Windows 版支持精确二维绘图、三维实体与曲面建模、图纸标注、布局发布和任务自动化，并包含多套行业专业化工具组合，适用于建筑、机械、电气、工程建设及制造设计人员。
Adobe Acrobat Pro 是面向专业 PDF 工作的综合解决方案，可在 Windows 中创建、编辑、转换、比较、整理和保护文档，并支持表单、电子签名、扫描件文字识别及敏感信息永久遮盖。订阅还包含网页、移动服务和云端协作能力，
Blender 是一款免费开源、跨平台的专业 3D 创作软件，集建模、动画、渲染、视频编辑与视觉合成等功能于一体，广泛应用于影视动画、游戏设计和建筑可视化等领域。软件支持 Cycles 物理渲染器与 Eevee 实时渲染引擎，并提供多边形建模、骨骼绑定、物理模拟等专业工具。Blender 兼容 Windows、macOS 和 Linux 系统，安装包轻巧、运行流畅，依托活跃的全球开发者社区持续更新，是从初学者到专业创作者都值得选择的正版 3D 创作工具。
Adobe InDesign 是面向印刷与数字出版的专业页面排版工具，可制作书籍、杂志、宣传册、海报、交互式 PDF 和电子书。它提供精细的文字样式、多页面管理、印前检查及多格式输出能力，并能与 Photoshop、Illustrator
Adobe Illustrator 是用于绘制矢量图形、插画、图标、徽标和版式的专业设计工具。它以路径和锚点为核心，作品放大后仍能保持清晰，并提供画板、文字、渐变、图像描摹及精确变换等功能，适合品牌视觉、印刷物料、数字界面和商业插画创作。
Figma 是面向产品设计与开发团队的云端协作平台，可在 Windows 桌面客户端中完成界面绘制、组件管理、交互原型、评论评审和开发交付。文件保存在云端，多名成员能够同步编辑并共享设计系统；官方同时提供免费 Starter 方案及按席位计
Affinity Designer 是面向矢量图形、数字插画和界面设计的专业创作工具，可在矢量、像素与导出工作区之间快速切换。它提供曲线编辑、形状构建、画板、排版、图层和专业色彩管理，并支持常见设计文件的导入及多种印刷、网页格式输出。
Cinema 4D是Maxon推出的专业三维创作软件，将建模、动画、MoGraph动态图形、粒子与动力学模拟、材质灯光及Redshift渲染整合在统一工作环境中，适用于广告包装、影视特效、产品和建筑可视化、游戏素材等制作场景。
Blender 是免费开源的三维创作套件，在 Windows 上提供建模、雕刻、材质、动画、物理模拟、合成、跟踪、视频剪辑及 Cycles、EEVEE 渲染工具。它适合个人创作者、学生和小型工作室，
Autodesk Maya 是面向影视、电视、动画和游戏行业的专业三维制作软件，集多边形与 NURBS 建模、角色绑定、关键帧和动作捕捉动画、Bifrost 特效模拟、材质开发及 Arnold 渲染于一体，
SketchUp Pro 是面向建筑、室内、景观、施工和产品设计等专业场景的三维建模工具，提供桌面建模、LayOut 二维文档、模型资源库、扩展程序及云端协作能力。其操作逻辑直观，适合从概念推敲、空间规划到图纸表达和方案汇报的完整工作流程。