光子技術(shù)作為一門涉及光的產(chǎn)生、傳輸、檢測和處理的技術(shù)，在通信、計算、醫(yī)療、能源等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。經(jīng)統(tǒng)計研究，人工智能則以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和決策能力，正在改變著人類生活和工作方式。近年來，這兩個領(lǐng)域的交叉融合逐漸成為研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點，為未來的科技進(jìn)步帶來了無限可能。

11月3日，《光子技術(shù)前沿藍(lán)皮書》由深圳東壁科技數(shù)據(jù)公司聯(lián)合中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所、中科創(chuàng)星在2024硬科技創(chuàng)新大會光子產(chǎn)業(yè)峰會上發(fā)布。這份報告研究發(fā)現(xiàn)，光子技術(shù)與人工智能交叉領(lǐng)域的研究成為科研的朝陽領(lǐng)域，相關(guān)研究數(shù)逐年增長，學(xué)界關(guān)注度不斷提高。

《光子技術(shù)前沿藍(lán)皮書》

光子與AI相輔相成

光子技術(shù)為人工智能的發(fā)展提供了強(qiáng)大的硬件支持。2022年以來，以ChatGPT為代表的大模型產(chǎn)品把人工智能技術(shù)推向了爆發(fā)期。隨著國內(nèi)外公司紛紛推出人工智能大模型產(chǎn)品，算力和能源儲備越發(fā)捉襟見肘。不僅廠商生產(chǎn)芯片的速度跟不上算力需求增長的速度，而且維持大量現(xiàn)有的硅基芯片運行也要消耗巨量的電力能源。未來，AI產(chǎn)品紛紛走向通用人工智能，全社會對算力的需求還會持續(xù)、快速增長。而光子芯片因延遲更小、帶寬更高、抗電磁干擾能力更強(qiáng)等特性，被業(yè)界視為突破摩爾定律，以及實現(xiàn)高性能、低功耗計算的關(guān)鍵。可以說，在計算領(lǐng)域，光子是解決“算力需求增長”“全球電力短缺”“摩爾定律失效”之間“不可能三角”的答案之一。

《藍(lán)皮書》中舉例，2017 年沈亦晨博士提出使用馬赫曾德干涉儀組成的光學(xué)芯片代替 GPU 進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算的方案，理論上只要使用 100nm 的制程，就可以利用光計算將主頻提升到 100GHz，并且功耗只有傳統(tǒng)電子芯片的十萬分之一。這種光子計算技術(shù)的出現(xiàn)，為人工智能的深度學(xué)習(xí)算法提供了更高效的計算平臺，有望加速人工智能模型的訓(xùn)練和推理過程。

同時，人工智能也為光子技術(shù)的應(yīng)用帶來了新的機(jī)遇。在光子產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)，如光子器件的設(shè)計、制造和測試，以及光子系統(tǒng)的優(yōu)化和控制等方面，人工智能技術(shù)都可以發(fā)揮重要作用。通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以對光子器件的性能進(jìn)行預(yù)測和優(yōu)化，提高制造過程的效率和質(zhì)量。在光子系統(tǒng)的運行過程中，人工智能可以實時監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

光子+AI相關(guān)論文數(shù)量逐年增加

科研論文作為學(xué)術(shù)界知識傳播和交流的重要載體，可體現(xiàn)研究前沿和發(fā)展趨勢，通過分析論文的發(fā)表頻率和引用次數(shù)，也可識別出研究熱點的變化與趨勢。

《藍(lán)皮書》根據(jù)自有數(shù)據(jù)進(jìn)行期刊學(xué)術(shù)影響力計算，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜乙庖?，綜合遴選光子技術(shù)領(lǐng)域83種重要期刊，從中采集2014年至2023年的25.6萬篇科研論文，進(jìn)行深度的分析與挖掘，研判該領(lǐng)域的研究前沿和發(fā)展趨勢，并從中發(fā)現(xiàn)學(xué)界對于光子產(chǎn)業(yè)和人工智能交叉領(lǐng)域研究的熱度不斷攀升。

在科研論文方面，2014 - 2023 年光子技術(shù)與人工智能技術(shù)相關(guān)論文數(shù)量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，尤其在 2020 年后增長更為明顯，表明隨著 AI 技術(shù)的快速發(fā)展，光子技術(shù)在 AI 應(yīng)用中的重要性不斷提升，二者的融合正在驅(qū)動著新型光子計算和信息處理技術(shù)的進(jìn)步。

此外，《藍(lán)皮書》通過對前述25.6萬篇研究論文的關(guān)鍵詞和主題詞詞云分析，同樣印證了“光子產(chǎn)業(yè)和人工智能交叉領(lǐng)域研究熱度攀升”這一觀點。例如， 近幾年，特別是 2022 年和 2023 年，“深度學(xué)習(xí)”在光子相關(guān)論文中的出現(xiàn)頻率有顯著的增長。其他如 “硅光子學(xué)”“光學(xué)性質(zhì)” 等關(guān)鍵詞也表現(xiàn)出波動但總體上升的趨勢，反映出相關(guān)領(lǐng)域的研究活躍程度不斷增加。

同時，為更準(zhǔn)確地分析光子技術(shù)有關(guān)論文主題分布和演化趨勢，《藍(lán)皮書》對光子領(lǐng)域科研論文標(biāo)題、摘要和作者關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而挖掘并展示該領(lǐng)域中40個主題，并進(jìn)行詞云圖可視化，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜抑R確定各主題的具體名稱，其中“光學(xué)圖像處理與機(jī)器學(xué)習(xí)” 這一主題凸顯了光子技術(shù)與人工智能的緊密結(jié)合，二者的交叉領(lǐng)域成為了熱點方向。

學(xué)界對于光子技術(shù)與人工智能交叉領(lǐng)域的研究不僅會受到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，也反過來成為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力。近年來，人工智能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是深度學(xué)習(xí)技術(shù)的進(jìn)展，為光學(xué)技術(shù)在圖像識別、圖像重建和圖像分析等方面帶來了革命性的進(jìn)步。此外在醫(yī)學(xué)圖像分析、自動駕駛車輛的目標(biāo)檢測、以及工業(yè)檢測等領(lǐng)域，機(jī)器學(xué)習(xí)與光學(xué)圖像處理的結(jié)合也紛紛展現(xiàn)出巨大的潛力和活力。

企業(yè)加大“光子+AI”的研究與開發(fā)投入

《藍(lán)皮書》顯示，光子技術(shù)與人工智能的緊密結(jié)合，無論是在學(xué)術(shù)研究推動技術(shù)進(jìn)步方面，還是在企業(yè)戰(zhàn)略布局促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，都具有重要意義。在企業(yè)層面，眾多企業(yè)已經(jīng)意識到光子技術(shù)與人工智能融合的巨大潛力，并紛紛加大了在光子技術(shù)領(lǐng)域的研究和開發(fā)投入。

其中蔡司資助光子領(lǐng)域論文數(shù)量最多，達(dá)297 篇；華為次之，190 篇。此外，長飛光纖123 篇、思科119 篇、英特爾107 篇、谷歌102 篇、高意78 篇、英偉達(dá)76 篇、中興通訊75 篇、IBM64 篇。在進(jìn)行技術(shù)儲備，完善產(chǎn)業(yè)鏈的同時，加速科研進(jìn)展，促進(jìn)跨學(xué)科融合。

芯片公司如英特爾和英偉達(dá)對于光子技術(shù)的資助，集中在提高計算效率、開發(fā)新型光子芯片等方面，對于 “光學(xué)圖像處理與機(jī)器學(xué)習(xí)” 這一主題的資助數(shù)量較多。這些公司希望通過光子技術(shù)與人工智能的融合，開發(fā)出更高效的芯片產(chǎn)品，以滿足人工智能應(yīng)用對計算性能的高要求。

通訊技術(shù)公司如華為、中興通訊等資助光子技術(shù)的科學(xué)研究，與自身在 5G 通信、數(shù)據(jù)中心等技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，對于 “光束傳輸與光通信” 這一主題的資助較多，同時也關(guān)注光子技術(shù)與人工智能在通信領(lǐng)域的融合應(yīng)用。例如，在 5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和智能管理方面，利用人工智能技術(shù)可以提高網(wǎng)絡(luò)的性能和效率，而光子技術(shù)則為高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸提供了保障。

互聯(lián)網(wǎng)科技公司如思科、谷歌、IBM 等資助光子技術(shù)的科學(xué)研究，資助主題集中在 “光束傳輸與光通信”“光學(xué)圖像處理與機(jī)器學(xué)習(xí)” 等消費向領(lǐng)域。這與企業(yè)在人工智能、量子計算等領(lǐng)域的長遠(yuǎn)布局有關(guān)，這些公司希望通過光子技術(shù)與人工智能的融合，開發(fā)出更先進(jìn)的產(chǎn)品和服務(wù)，滿足用戶對智能化、高效化的需求。

專業(yè)光學(xué)技術(shù)公司如蔡司、長飛光纖、高意等，對于光子技術(shù)研究上的資助更偏向于 “光波動力學(xué)與偏振特性”“光纖傳感與溫度檢測”“激光脈沖與頻率調(diào)控” 等基礎(chǔ)研究，但也逐漸關(guān)注到光子技術(shù)與人工智能的融合發(fā)展趨勢，借此在自身的專業(yè)領(lǐng)域基礎(chǔ)上，結(jié)合人工智能技術(shù)，開發(fā)出更具創(chuàng)新性的產(chǎn)品和解決方案。

東壁科技數(shù)據(jù)由長期專注于科技大數(shù)據(jù)管理與決策的原中國科學(xué)院青年科學(xué)家團(tuán)隊創(chuàng)辦，致力于創(chuàng)建具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的高質(zhì)量科技文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫平臺，創(chuàng)立高質(zhì)量期刊評價的中國標(biāo)準(zhǔn)，以高質(zhì)量科學(xué)數(shù)據(jù)助力科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級。憑借專有技術(shù)與高質(zhì)量科技文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，東壁科技數(shù)據(jù)公司已為國家部分部委、地方政府、國家級科研院所、高校提供一站式科技數(shù)據(jù)服務(wù)。