第422章 量子噪音（1 / 2）
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1\/10。”
“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1，也可能等于1.999。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。
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。
“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0.01db\/。
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。”