近日，中国科学院半导体研究所光电子材料与器件全国重点实验室李明研究员、祝宁华院士团队在可编程光子集成电路（PICs）研究领域取得重要突破。该团队提出了一种基于伊辛智能计算的光子集成电路快速重构方案，成功实现了大规模PICs的毫秒级动态重构。
可编程光子集成电路通过动态调控单元结构状态，实现对光传输路径的精确操控，广泛应用于波长路由、光学神经网络及微波光子学等领域。然而，随着应用场景的复杂化和大规模集成需求，如何高效配置数百至数千个控制单元成为一大挑战。传统优化算法如Dijkstra算法、遗传算法等，因计算复杂度高，难以有效收敛。
针对这一问题，研究团队利用伊辛模型的高效优化能力，将光子单元器件的传输矩阵映射为伊辛自旋态，构建了完整的伊辛模型。实验结果显示，该方案将56×56大规模可编程PICs（包含2000余个单元器件）的重构优化时间缩短至30毫秒，并通过全光路由交换和光电神经网络的功能验证，证实了其实用性和可靠性。
该研究成果以“Scalable and rapid programmable photonic integrated circuits empowered by Ising-model intelligent computation”为题，作为封面文章发表于《光子学研究》（Photonics Research）。论文第一作者为半导体所博士生杨梦涵，石暖暖副研究员和李明研究员为共同通讯作者。
此次研究得到了国家自然科学基金项目（62135014, 62235011）、北京市自然科学基金（Z210005）、中国科学院国际伙伴计划（100GJHZ2022028GC）和中国科学院青年创新促进会（2022111）项目的资助和支持。
此前，中国科学院半导体研究所在光电子芯片领域已有多项研究成果，涵盖了等离子切割、芯片检测、RISC-V处理器架构应用、OCS交换机技术、集成电路芯片工艺流程及系统级立体封装技术等多个方面。此次基于伊辛智能计算的光子集成电路快速重构研究，进一步推动了智能可编程光电子芯片的实用化进程，为未来光子集成电路的广泛应用奠定了基础。
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