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第422章 量子噪音（第1页）

瑞士，日内瓦梅汉。这里是欧洲核子研究中心的总部。地表之下100米，长达27公里的大型强子对撞机正在进行着人类最前沿的物理实验。林远和李振声教授，在一间全屏蔽的会议室里，见到了发来警告邮件的科学家卡洛·鲁比亚。他是cern计算部门的负责人，也是一位诺贝尔物理学奖得主。“林先生，李教授。”鲁比亚没有寒暄，直接打开了全息投影。屏幕上，是一团乱麻般的波形图。“这是我们用你们提供的启明-i光子芯片原型，运行lhc粒子轨迹重建算法时的实时数据。”“在低负载下，一切正常。计算速度是英伟达gpu的100倍，功耗只有110。”“但是，”鲁比亚指着波形的尾端，那里出现了剧烈的抖动，“当我们将并发计算量提升到1000万次秒时，灾难发生了。”“计算结果开始发散。”“1+1不再等于2。它可能等于2001，也可能等于1999。而且，随着级联计算的层数增加，这个误差被指数级放大。”“在第50层神经网络计算后，输出的结果，已经变成了毫无意义的随机数。”“为什么？”林远问。“因为量子噪声。”鲁比亚在白板上写下了一个公式：Δx?Δp≥?2Δx?Δp≥?2海森堡测不准原理。“在光子计算中，我们用光的振幅和相位来携带信息。但是，光子具有量子特性。你不能同时精确地知道它的振幅和相位。”“这就是散粒噪声。”“对于传统的数字芯片，这点噪声不算什么，因为有阈值门控。但在你们的模拟计算架构里，噪声就是信号，信号就是噪声。”“林先生，”鲁比亚看着林远，眼神悲悯，“你们试图用模拟信号去做高精度的ai训练，这在物理学上是走不通的。”“这就是我说的量子炸弹。”“当算力密度达到一定阈值，量子涨落会摧毁所有的逻辑。”江州江南之芯集团，pfl实验室。气氛比在瑞士时更加压抑。cern的警告被证实了。汪韬带着团队，在刚刚下线的启明-ii光子芯片上，跑了一遍盘古大模型的推理任务。结果是毁灭性的。“精度丢失。”汪韬看着屏幕上的乱码，脸色铁青。“在半精度浮点数模式下，误差率达到了5。这对于大模型来说，意味着模型会精神分裂，输出全是幻觉。”“我们试图用软件算法e纠错码来修正。”王海冰补充道，“但是，模拟计算的错误是随机的，不仅有量子噪声，还有热噪声、激光器线宽漂移、波导刻蚀粗糙度……”“为了纠正这些错误，我们消耗了50的算力去跑纠错算法。”“结果是光子芯片的速度优势，被纠错算法吃光了。”这是一个死循环。光子快，是因为它不做逻辑判断，直接物理流过。一旦为了精度加上逻辑判断，它就变慢了。如果不能解决精度问题，光子芯片只能做做简单的图像处理，永远无法承载工业大脑这种需要高可靠性的任务。“必须在物理层面解决。”李振声教授看着显微镜下的芯片，“软件救不了硬件。”“怎么解决？”林远问，“把温度降到绝对零度？消除热噪声？”“不可能。商业芯片必须在室温下运行。”“提高激光功率？提高信噪比？”“也不行。铌酸锂晶体有光折变效应。功率太高，晶体折射率会变，光路就歪了。”路，似乎堵死了。物理学像一堵叹息之墙，挡在所有人面前。就在团队一筹莫展时，一个意想不到的人出现了。鲍里斯。那个随同天然气贸易协议一起来到中国的，俄罗斯数学研究所的首席密码学家。一个头发蓬乱、永远拿着伏特加酒壶的数学疯子。他推开了实验室的门，看着愁眉苦脸的众人，打了个酒嗝。“你们在对抗海森堡？”鲍里斯指着白板上的测不准原理公式，笑了。“愚蠢。”“你们为什么要想办法消除噪声？”“为什么不挤压它？”“挤压？”李振声愣了一下。鲍里斯走到白板前，画了一个圆代表真空涨落的噪声圆。“这是正常的量子噪声。在相位和振幅上是均匀分布的。”然后，他用力把那个圆压扁，变成了一个椭圆。“如果我们在一个方向上把噪声压扁，那么根据测不准原理，另一个方向上的噪声就会变大。”“但是！”鲍里斯的眼中闪过一丝精光，“如果我们的信号只编码在振幅上，而不关心相位呢？”“我们就可以获得超越标准量子极限的信噪比！”“这就是压缩光技术。”李振声猛地站了起来。小主，这个章节后面还有哦，，后面更精彩！“压缩态！ligo引力波探测器用来探测引力波的技术！”“对！”鲍里斯点头，“如果能把这种技术集成到芯片上，噪声就能降低10倍！”“精度问题，迎刃而解！”理论通了。但是，工程呢？要产生压缩光，需要极其强烈的非线性光学效应。通常，这需要桌子那么大的光学平台，和功率极高的激光器。要把这套东西，塞进指甲盖大小的芯片里？“我们需要一个微环谐振器。”李振声在纸上画了一个微小的圆环。“光在圆环里循环跑几百万圈，能量密度叠加，才能激发出非线性效应，产生压缩光。”“这就要求，这个圆环的品质因子，必须达到1000万以上！”“1000万的q值……”王海冰倒吸一口凉气。这意味着什么？意味着圆环的侧壁粗糙度，不能超过1纳米。意味着圆环的波导损耗，必须低于001db。这比之前做的lnoi晶圆，难度又要高出一个数量级！“我们的光刻机做不到。”王海冰绝望地说，“就算是asl的duv加上计算光刻，边缘粗糙度也只能控制在2纳米左右。达不到1纳米。”“只要有一点点粗糙，光在跑几百万圈的过程中，就会散射光，q值就会掉下来。”“加工不出来，理论就是废纸。”林远看着那个圆环。“既然刻不出来……”“那我们就修出来。”“修？”“对。”林远目光坚定，“我们用离子束修形。”“先用光刻机刻出一个粗糙的环。”“然后，用高能聚焦离子束，像车床一样，在原子级别上，把侧壁磨平。”“这……这效率太低了！”王海冰反驳，“fib是用来做失效分析的，修一个环要几个小时。我们要量产几百万个环，修到猴年马月？”“不用fib。”林远摇了摇头。“我们用化学回流。”他想起了之前“光刻胶填坑”的经验。“我们在这个微环表面，生长一层特殊的非晶材料。然后加热，让它表面熔化、流平。”“利用表面张力，把粗糙的侧壁，拉成绝对光滑的圆弧！”“就像吹玻璃一样！”这是一个极其大胆的工艺设想。方案确定，立即实验。但是，新的问题又来了。“铌酸锂不行。”李振声看着实验数据，眉头紧锁。“铌酸锂虽然是好的光子材料，但它不耐高温。一加热回流，晶格就坏了。”“我们需要一种新材料。”“一种既能耐高温回流，又具有极高非线性系数的材料。”“氮化硅。”李振声给出了答案。“但是，氮化硅的加工难度是铌酸锂的十倍。它太硬了，而且应力巨大。一沉积厚了，晶圆就会翘曲、碎裂。”“目前，只有美国的lintec公司掌握了厚膜氮化硅的量产工艺。”“而他们，在瑞士。”林远心中一动。瑞士？那不正是赵孟頫倒台前，燕清池藏身的地方吗？那不正是“新燕氏”在那边还有残留资产的地方吗？“联系燕清池。”林远下令。“问问他，他在瑞士的那帮老朋友里，有没有能搞定lintec的人。”瑞士，洛桑。燕清池接到了林远的电话。他现在虽然是新燕氏的联席董事长，但实际上处于半隐退状态，在瑞士负责一些海外资产的清算。“lintec？”燕清池苦笑，“林老弟，你真是会给我出难题。”“这家公司虽然是初创，但背景很深。它的核心技术源自洛桑联邦理工学院（epfl）。而且，美国cia旗下的风投基金-q-tel，刚刚在一周前，完成了对它的战略投资。”“也就是说，它现在是半个美国军工企业。”“想买技术？不可能。想挖人？cia盯着呢。”路，又堵死了。林远坐在江州的办公室里，看着窗外的夜色。没有高q值的微环，就产生不了压缩光。没有压缩光，就解决不了量子噪声。解决不了噪声，光子芯片就是废品。这是一条逻辑锁链，锁死了他的未来。“一定有办法。”林远喃喃自语。他拿出了那份从cern带回来的资料。目光落在了卡洛·鲁比亚教授的一句备注上：“如果无法制造完美的微环，那就利用孤子效应。”“孤子？”林远猛地坐直了身体。他在大学物理课上学过。孤子是一种特殊的波，它在传输过程中，能够保持形状不变。因为它利用了材料的非线性，来抵消色散。“如果……”“我们不需要完美的微环。”“我们利用克尔效应，在普通的微环里，产生克尔光频梳。”，！“这种光频梳，本身就是一种极其稳定的量子态。它不需要超高的q值，只需要超高的光功率密度。”“我们需要更强的激光器。不是普通的半导体激光器，而是锁模激光器。”林远拿起了电话，拨通了汪韬的号码。“汪总，大江的无人机上，是不是用过一种微型激光雷达？”“是。”“那种激光器的功率密度是多少？”“很高。那是为了测距用的脉冲激光。”“能不能把它做进芯片里？”“你是想……”“我要在芯片上，制造微型太阳！”“用极高的能量密度，暴力压制量子噪声！”这是一个疯狂的想法。在微米尺度的芯片上，集成高功率激光器，热量怎么散？波导会不会烧毁？但这似乎是唯一的路。“给我一周。”汪韬的声音里透着兴奋，“我把大江的光机团队拉过来。我们试试把激光雷达的泵浦源，缩小100倍，塞进那个该死的微环里！”一周后。pfl实验室。第一块集成了片上锁模激光器的测试芯片，被送上了探针台。电源接通。激光器启动。屏幕上，那团原本杂乱无章的量子噪声波形，突然像被一只无形的大手按住了一样。波形变得平滑、锐利。信噪比：提升了15db计算精度：从fp16提升到了fp32。“成了！”李振声教授激动得手舞足蹈，“这是克尔孤子！我们用非线性光学，驯服了量子涨落！”林远看着屏幕。他知道，他赌赢了。他没有去死磕那些无法制造的完美工艺，而是用能量换取了秩序。这很中国。大力出奇迹。但是，就在他们欢呼的时候。监测仪上，一个不起眼的参数，正在悄悄攀升。“芯片核心温度：85度……95度……105度……”高功率激光带来了巨大的热量。虽然有双相流体回路散热，但热量的积聚速度，依然超过了散热速度。“警报！热失控风险！”“必须降温！否则波导会熔化！”“不能降功率！降了孤子就消失了！”这是一个新的死结。要精度，就要高功率。要高功率，就会烧芯片。林远盯着那个红色的温度数字。他需要一种比流体回路更强、更暴力、更极致的散热手段。他的目光，投向了那个一直被他视为备胎的技术金刚石。“联系海归博士黄河。”林远下令。“听说他在河南的人造钻石厂，搞出了一种金刚石散热膜？我要把这块芯片，镶在钻石上。”：（）官道红颜：她们助我一路升迁