Rain科技2月28日消息，北京大学常林研究团队与中国科学院空天信息创新研究院合作，成功开发出世界首款光子时钟芯片，可将芯片上的时间调控速度提升100倍。
这一成果具有划时代的意义，预示着未来智能计算、6G通信、空天遥感等一系列现实应用的性能将获得显著提升。从技术层面来看，光子时钟芯片的突破，有望打破传统电子芯片在速度和功耗上的瓶颈，为相关产业带来颠覆性的变革。
据介绍，传统芯片依靠电子振荡器产生时钟信号，以实现高速信息处理，但同时也面临功耗高、发热量大的问题。此外，电子芯片通常只能在特定频率范围内工作，这意味着不同的应用场景需要完全不同的芯片设计，增加了研发和制造成本。
此次开发的光子芯片技术，采用光子而非电子来产生时钟信号，从物理特性上决定了其速度优势，能够实现远超传统电子时钟的运行频率。这就像是把信息高速公路从双车道升级到了八车道，数据传输效率自然大幅提高。
其中的关键技术突破在于对“光频梳”技术的芯片化改造。过去，光频梳技术依赖于昂贵的进口设备，单台售价高达数百万元人民币，限制了其普及应用。光频梳是一种产生宽光谱、高精度频率梳状光谱的光源，在精密测量、光学频率标准等领域有着重要应用。
新成果的亮点在于成功实现了“光频梳”技术的芯片集成，通过在芯片上构建类似于跑道形状的环形结构，让光在其中循环飞奔。这种微型环形谐振腔能够有效地限制光，并产生稳定的光频梳。
光的循环一周的时间，被作为片上时钟的标准，这个时间尺度通常只有几十亿分之一秒，因此光子时钟能在超高速下进行精确的时间调控。这种极高的精度和速度，是光子时钟能够超越传统电子时钟的关键。
实验结果显示，一颗光子时钟芯片即可覆盖所有微波频段的时钟需求，从而支持从5G到6G，甚至更高速度的手机通信。这意味着未来用户可能不再需要频繁更换终端设备，即使通信技术升级换代，现有的手机或其他设备也能通过软件升级来支持新的网络标准，这无疑将大大降低用户的使用成本，并减少电子垃圾的产生。这种兼容性对于推动通信技术的发展和普及具有重要意义。
这一技术的另一个重要应用方向是提升计算主频。目前，CPU、GPU等主流计算芯片的主频通常在2-6GHz之间，而这款光子时钟芯片已经实现了超过100GHz的运行速度！这意味着未来的计算机性能将得到大幅提升，无论是进行复杂的科学计算、运行大型游戏，还是处理海量数据，都能以更快的速度完成。当然，要将这一技术真正应用于实际的CPU/GPU设计当中，还需要解决一系列的工程难题，例如散热、集成等方面的问题。
