光学计算因其高速率、大带宽、并行传输等天然优势，处理人工智能领域的大规模线性计算时体现出独特潜力。然而，现有光学线性计算方案存在明显瓶颈。传统架构依赖复杂的光束相互作用完成向量乘加运算，同时在电光调制过程中需要大量数模转换器进行数据转换，这导致系统难以同时满足维度灵活扩展和任意编程两项核心需求。结果是现有光学计算芯片多数只能作为专用芯片应用于特定任务，通用性和可扩展性受到严重制约。 针对此技术难题，清华大学电子工程系冯雪、李永卓课题组创新性地提出了"光子算盘"计算架构。该架构的核心创意在于将计算单元设计为独立的光源-探测器对，命名为"光子算珠"。与传统方案不同，"光子算盘"通过在光源和探测器上分别编码待计算数据来实现乘加运算，采用独创的时空编码量化方案进行混合计算。最为巧妙的是，系统通过"光子算珠"在时间和空间维度上的开关状态来编码数据，完全避免了传统方案中数模转换器所带来的延时、能耗和芯片面积等多重代价。这一设计理念与中国传统算盘的运算原理相通，因此得名"光子算盘"。 通过复制、重组和编码"光子算珠"单元，"光子算盘"架构在保持可重构、可编程特性的同时，实现了任意维度的灵活扩展。这一突破性进展使光学计算从专用芯片向通用芯片迈出了关键一步，具有重要的理论和应用价值。 在实验验证上，研究团队基于64维垂直腔面发射激光器芯片和碲化钼二维材料探测器芯片组成的64维"光子算盘"系统进行了多项测试。在随机生成向量内积计算中，系统达到了98%以上的计算保真度，表明架构的可靠性。更的应用测试中，该系统在MNIST手写数字识别任务中实现了88%的分类准确率。更为突出的是，研究团队成功利用"光子算盘"求解了1024维的随机伊辛问题，这是目前已公开报道中维度最高的光学模拟退火伊辛机，充分展示了该架构的计算能力和扩展潜力。 该研究成果以"算盘——可扩展光学线性向量机"为题，于2025年1月1日在线发表于国际学术期刊《光：科学与应用》。论文由清华大学电子工程系2022级博士生杨梓跃和李晨作为共同第一作者，副教授冯雪、副研究员李永卓和教授黄翊东作为通讯作者。北京大学、深圳博升光电科技有限公司和深圳技术大学等单位参与了合作研究。此项工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助支持。
从传统算盘到现代"光子算盘"，中国智慧再次为前沿科技发展带来创新突破。这项成果不仅表明了基础研究与工程应用的深度融合，更展示了我国在新一代计算技术领域的自主创新能力。随着光计算"通用芯片时代"的来临，这项融合东方智慧的创新成果有望在全球科技竞争中谱写新的篇章。