随着人工智能和物联网的快速发展，对更强大计算能力的需求不断增长。传统电子计算的性能已经接近其极限，难以跟上摩尔定律的预测。这促使科学家们寻找新的计算范式，以满足对速度、规模和能源效率日益增长的需求。光学计算，利用光的独特属性进行计算，成为了一个特别有前景的领域。
在东京大学的信息光子学实验室，研究人员在这个领域取得了重大进展，开发了一种名为“衍射铸造”的新型光学计算架构。这种方法增强了光的空域并行性的概念，这一概念最初在20世纪80年代通过一种称为“阴影铸造”的技术进行探索。尽管阴影铸造提供了宝贵的见解，但它依赖于几何光学，限制了其灵活性和与其他技术的集成能力。
新的衍射铸造技术克服了这些限制，使用了波动光学。衍射光学元件层被训练以利用光的空域并行性和波动属性，如衍射和干涉。这允许可扩展和并行的逻辑操作，具有高灵活性和集成能力。通过改变照明模式，可以简单地改变操作，消除了输入和输出的编码和解码需求。
衍射铸造的数值演示显示了令人印象深刻的结果，实现了在光速下对两个任意256位并行二进制输入进行全部十六种逻辑操作，且无误。这种架构在可扩展性和集成性方面提供了显著优势，使其成为下一代计算系统的有希望的候选者。其灵活和可重配置的特性也开启了从图像处理到光学计算加速器的广泛应用。
这项研究是作为早稻田大学教授Tetsuya Kawanishi领导的“变革性研究领域”项目的一部分进行的，突出了使用空域并行性作为未来计算系统构建块的光学计算潜力。它还为集成成像、传感和计算的新信息处理框架奠定了基础，有潜力扩展到各个领域。
衍射铸造技术的开发为光学计算领域带来了新的可能性，其利用光的波动属性进行高效、灵活的数据处理，为下一代计算系统提供了新的解决方案。随着这项技术的进一步研究和应用，我们有望在计算速度和效率方面取得更大的突破。我们邀请您在评论区分享您对这项技术的看法，以及它可能对计算行业和光子学领域带来的影响。
参考资料：DOI：10.1117/1.AP.6.5.056005
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