隨著人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)傳輸需求呈現(xiàn)指數(shù)級增長，傳統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)正面臨前所未有的帶寬瓶頸。哥倫比亞大學(xué)米哈爾·利普森教授團(tuán)隊近日在《自然·光子學(xué)》發(fā)表突破性成果，成功開發(fā)出能將單束激光轉(zhuǎn)化為數(shù)十個穩(wěn)定頻率的硅基光子芯片，這項技術(shù)有望徹底改變數(shù)據(jù)中心的信息傳輸方式。

當(dāng)前全球90%的數(shù)據(jù)中心仍依賴單波長激光傳輸技術(shù)，這種模式如同在高速公路上只開放一條車道。研究團(tuán)隊通過創(chuàng)新性的光子工程，首次在芯片尺度實現(xiàn)了頻率梳的穩(wěn)定生成。這種特殊光源包含數(shù)十個等間距的光頻通道，每個通道都可獨立承載數(shù)據(jù)流，相當(dāng)于在單根光纖中同時開辟數(shù)十條并行"數(shù)據(jù)高速公路"。

項目核心成員安德烈斯·吉爾-莫利納博士回憶，這項突破源于五年前對激光雷達(dá)系統(tǒng)的改進(jìn)研究。當(dāng)時團(tuán)隊在測試高功率光子芯片時意外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入功率超過臨界值時，原本混亂的多模激光會自發(fā)形成規(guī)則的頻率間隔。"就像將嘈雜的噪音轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)的鋼琴音階"，吉爾-莫利納形象地描述道。這種自組織現(xiàn)象為后續(xù)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)突破的關(guān)鍵在于創(chuàng)新的"鎖定機(jī)制"。研究團(tuán)隊采用多模激光二極管作為光源，這種器件雖能產(chǎn)生強(qiáng)光但輸出極不穩(wěn)定。通過精密設(shè)計的光子回路，科研人員成功實現(xiàn)了對噪聲的主動抑制，使輸出光束的相干性達(dá)到實驗室級標(biāo)準(zhǔn)。更令人驚嘆的是，穩(wěn)定后的光場會在硅波導(dǎo)中自然分裂成等間距頻率，形成完美的光學(xué)頻率梳。

這項成果最直接的應(yīng)用是數(shù)據(jù)中心升級。現(xiàn)有系統(tǒng)需要為每個數(shù)據(jù)通道配備獨立激光器，而新芯片可將單個激光源轉(zhuǎn)化為數(shù)十個高精度通道。據(jù)測算，采用該技術(shù)的光模塊體積可縮小至傳統(tǒng)方案的1/50，能耗降低60%，同時傳輸容量提升20倍以上。這對于需要處理海量AI訓(xùn)練數(shù)據(jù)的超算中心具有革命性意義。

技術(shù)轉(zhuǎn)化已進(jìn)入快車道。團(tuán)隊創(chuàng)立的Xscape Photonics公司正在開發(fā)商用產(chǎn)品，首款芯片樣品已實現(xiàn)40通道穩(wěn)定輸出，波長間隔精度達(dá)到0.01nm。除了通信領(lǐng)域，該技術(shù)還可應(yīng)用于高精度光譜分析、量子計算操控和新型激光雷達(dá)系統(tǒng)。吉爾-莫利納強(qiáng)調(diào)："我們正在將價值百萬美元的實驗室設(shè)備，濃縮到指甲蓋大小的芯片上。"

隨著ChatGPT等生成式AI的普及，全球數(shù)據(jù)流量每年增長40%，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施已難以為繼。利普森教授指出："這項技術(shù)不是簡單的性能提升，而是為信息社會提供了新的物理載體。就像從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)的跨越，我們將見證數(shù)據(jù)傳輸方式的范式轉(zhuǎn)變。"目前團(tuán)隊正與多家科技巨頭合作，計劃三年內(nèi)實現(xiàn)技術(shù)商用。