2026年4月23日——八十年前，宾夕法尼亚大学的研究人员 J. Presper Eckert 和 John Mauchly 利用电子来解决复杂的数值问题，通过 ENIAC（世界上第一台通用电子计算机）开启了电子计算时代。

如今，同样的架构仍然是通用计算的基础，但电子开始显现其局限性正逐渐显现。由于电子携带电荷，它们在移动过程中会以热量形式损失能量，在材料中移动时会遇到电阻，并且随着芯片集成更多晶体管和处理更大数据量，电子会变得越来越难以管理。

随着人工智能对现有硬件在数据处理、传输和散热方面提出了更高要求，宾夕法尼亚大学文理学院 Bo Zhen 领导的物理学家团队，正将目光投向电子的无质量对应物——光子，以分担更多的计算负载。

“由于光子是电中性的且静止质量为零，它们能够以极低的损耗在长距离上快速携带信息，从而主导了通信技术，”发表在《物理评论快报》上的论文的共同第一作者、Zhen Lab 的前博士后研究员 Li He 解释道。“但这种中性意味着它们与环境的相互作用极弱，使得光子不擅长计算机所依赖的那种信号切换逻辑。”

Zhen 的团队创造了一种“兼具光的速度与物质的强相互作用”的准粒子。这些准粒子，即激子-极化激元，是通过在原子级厚度的半导体中将光子与电子耦合而成的，这使得光能够产生足够强的相互作用，从而实现计算所需的信号切换。

这一进展对人工智能可能尤为重要。

Zhen 表示，许多光子人工智能芯片已经能够使用光来执行简单的计算，但为了执行诸如应用决策规则等非线性激活步骤，它们仍然必须将光信号转换回速度更慢、能耗更高的电子信号。

这些反复的转换会削弱光子计算在速度和效率方面的吸引力。通过使用激子-极化激元，该团队演示了全光切换，其能耗约为 4 千万亿分之一焦耳，这是一个极其微小的能量——远低于短暂点亮一个小型 LED 灯所需的能量。

如果实现规模化，该平台可以帮助光子芯片直接处理来自相机的光，降低大型人工智能系统的功耗，并为在芯片上实现基本的量子计算能力铺平道路。