计算机科学领域重大突破 光域超过100 GHz时钟速率

加州理工学院（Caltech）的研究人员近日在计算机科学领域取得了重大突破，他们成功开发出了一款能够实现超过100 GHz时钟速度的全光学计算机。这一新技术有望彻底改变需要实时数据处理的行业，并为超快计算的发展开启新的篇章。

根据1月10日在arXiv上预发表的研究成果，尽管电子计算机的性能在过去几十年里呈指数级增长，但计算机时钟频率在近20年来一直停滞在5 GHz左右。这一瓶颈限制了计算机处理速度的提升，使得实时数据处理和高效计算成为挑战。

为了打破这一障碍，加州理工学院的研究人员提出了基于端到端和全光学递归神经网络的计算方案。该方案利用线性和非线性光学操作的超快特性，完全避免了电子操作，从而实现了在光域中以超过100 GHz的时钟速率进行线性运算、非线性函数和存储。

这款全光计算机的核心是递归神经网络的光学实现。它完全在光域内运行，利用激光脉冲来处理数据。其中，光学腔作为存储器和计算层，使光信号能够以惊人的速度（由激光脉冲频率决定）进行再循环和操纵。这种架构赋予了全光计算机无与伦比的速度和效率，使其能够高效执行信号分类、时间序列预测和图像生成等任务。

与传统计算机设计相比，全光计算机的光学方法消除了与数据传输和功率密度相关的瓶颈。这一突破为实时数据处理和高性能计算提供了新的可能，有望在金融、医疗、科学研究等领域发挥重要作用。