人工智能与通信技术的爆发增长，正对计算速度和信号处理能力提出前所未有的挑战。传统电子芯片逼近物理极限之际，集成光子芯片凭借光波的高速并行特性，成为突破算力天花板的新希望。然而，数字电子系统与模拟光子计算间的“语言鸿沟”，长期制约着光计算的实用化进程。

近日，哈佛大学与北京大学联合团队在《Nature Photonics》发表突破性成果，利用薄膜铌酸锂（TFLN）光子芯片，研发出首款“光电数模转换链路”（EO-DiAL），成功打通了光电转换的“任督二脉”！

🔍 技术突破：光子芯片上的“二进制翻译官”

传统光电转换需两步走：电子数模转换器（DAC）先将数字信号转为模拟电信号，再驱动电光调制器生成光信号。高速DAC芯片成本高昂，且硅基调制器存在损耗大、带宽低等缺陷。

图1 芯片原理图

研究团队创新性地在铌酸锂芯片（30.73mm²）上设计出多电极马赫-曾德尔干涉仪结构（图1）。芯片集成4组特殊电极：

最短电极（0.25cm）控制最低有效位（LSB）

最长电极（2cm）控制最高有效位（MSB）

每组电极长度翻倍，驱动电压减半

当4路二进制电信号同时输入电极，光波在芯片内发生精准干涉，直接输出4bit分辨率的模拟光信号！ 这一设计跳过传统DAC步骤，将转换效率提升至惊人水平。

图2 芯片形貌及性能测试

⚡ 性能颠覆：双项世界纪录

速度登顶

在186Gb/s信息速率下，时间分辨率达21.5ps

能耗探底

功耗仅0.058pJ/bit，比现有方案低三个数量级，相当于电子方案能耗的千分之一

🖼️ 光子计算实战：95%准确率识别手写数字

图3 实测经高速电光转换后数据传输准确率

为验证实用性，团队将MNIST手写数字库的图片编码为4bit数据流（图3），通过EO-DiAL芯片转换为光信号：

在186Gb/s高速下成功重建数字图像

经机器学习模型测试，识别准确率达95%

即使将光功率降至-17.5dBm（约0.02mW），仍保持89%准确率

这意味着：未来光计算系统可直接用二进制电信号驱动，无需昂贵DAC芯片！

📡 微波革命：凭空生成任意波形

成功合成正弦波、方波、线性调频等6类标准波形

实现21.5皮秒精度的信号延迟控制

通过光纤存储480纳秒后无损释放脉冲信号

结合光放大器，获得35GHz超宽带增益

这项技术为6G通信、量子计算控制、雷达系统带来全新解决方案——无需复杂脉冲整形电路，即可生成任意微波波形！

🌐 未来已来：光电融合的无限可能

该芯片已通过HyperLight公司晶圆厂量产验证，良率超预期。团队展望：

算力升级

：4bit精度满足AI推理需求（如大模型DeepSeek-V3量化计算）

通信革命

：单芯片实现太比特光纤/无线传输

量子操控

：用于精密控制量子存储器

感知增强

：赋能新一代光子雷达

此刻，光电融合的算力革命，正从这片比指甲更小的晶体中奔涌而来。

（文章来源：本文转自光研驿站。转载仅用于分享、学习，不做商用。如有侵权，请联系删除。）

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