摩尔定律曾指出芯片上的晶体管数量每两年翻一番，但如今这一趋势已接近极限，即使在纳米级别上，在微芯片中容纳更多晶体管变得越来越困难。因此，工程师们正在竭力寻找新的方法和技术以显著提升计算能力。
一种提高计算能力的新兴技术是光学计算（也称为光子计算），它使用光子（光）而不是电子来传输数据和执行任务和计算。
加利福尼亚州圣克拉拉NTT研究部高级科学家、同时是麻省理工学院（MIT）剑桥分校电气工程与计算机科学研究电子学实验室的访问科学家Ryan Hamerly解释说，基于光的芯片仅仅是使用标准半导体工艺制造的芯片，但具有略微不同的制造工艺，以形成光子结构而不是电子结构。Hamerly观察到：”对于电子结构，您更关心控制电流，以及电阻和电容，而对于光子结构，您更关心控制光的流动”。
根据Hamerly的说法，传统计算中，电子通过电线缓慢流动，数据以非常低的频率传播（最多在千兆赫或几十千兆赫的速度），而光子的运动频率高达数百万亿赫兹。通常，他说，使用激光作为光源和光纤来实现光子计算要比传统计算快得多。
Hamer指出，基于光的芯片是使用某种形式的组合的金属-氧化物半导体（CMOS）工艺制造的，就像传统的半导体一样。他说：”即使不是CMOS，您也会使用相同类型的工具，如质量沉积、光刻等”。
Hamerly表示，他认为我们将会看到一些在特定领域效率高的光子芯片在未来几年内开始成为更大系统的组成部分，他还认为光子计算在很大程度上将留在数据中心的领域，而不会迁移到边缘设备。他认为，光子计算的采用将是一个逐渐的过程，对最终用户来说并不明显。Hamerly说：”设计硬件和软件的工程师了解这些进步，但用户只会注意到事物加快了”。
位于波士顿的光子计算公司Lightelligence的工程副总裁Maurice Steinman指出，由于”光子计算是一种模拟计算形式，所以其中有一个噪音成分和固有的误差”。
目前，光子计算主要关注人工智能（AI），Steinman说：”由于AI计算工作负载的统计性质，意味着如果在速度和功耗上有优势，那么任何不准确性都会被很好地容忍，因此光子计算与之相得益彰”。
位于波士顿的光子计算公司Lightmatter的联合创始人兼首席执行官Nicholas Harris观察到，传统计算依赖晶体管进行计算、通信和存储，而”光子计算通过提供做加法、乘法和数据移动的新方法来增加我们的工具箱。这个新一套工具的好处是持续的计算进展，提高了单芯片和系统的能源效率和吞吐量”。
此外，Harris说，光子学使计算具有极低延迟和每秒高操作数。”这是一种很难实现的组合，是光子学的特点，由于不存在电子系统的寄生效应，包括电阻、电感和电容，决定着特定时间”。
哈里斯表示，光学计算可以分为两类——计算和互连（数据传输）。
“有许多光子计算加速器架构，它们共享一些属性，包括用于张量加法和乘法完成的光速延迟、支持极高时钟频率以及同时利用多个光波长以并行化计算的能力，”哈里斯说道。
在互连方面，他继续解释道，光子技术使得数据传输具有极低延迟、系统间的通信高效、解耦和能够支持非常大的芯片尺寸。
光学计算的一个重要优势就是其极快的速度，光子以光速传播，比电子通过铜线传输要快得多。例如，根据Lightelligence的斯泰曼说，在2021年底该公司发布了光子算术计算引擎（PACE），它使用了矢量矩阵乘法器类型的架构，这也是许多其他光子计算设备所使用的。
“我们将PACE定位于Ising问题，”斯泰曼说道，指出Ising模型经常用于数学难题，它们被定义为具有许多不同变量的计算上具有计算困难的组合优化问题，比如旅行推销员问题（TSP）。 “我们为该算法进行了定制构建，它不是可编程引擎；它是为了解决Ising问题而设计的硬编码算法。”
斯泰曼表示，与NVIDiA GPU相比，当PACE进行比较时发现其运行速度快了800倍。“关键在于找到合适的算法，这就是我们看到的真正显著的加速点，”斯泰曼说道。“那就是甜点所在。”
斯泰曼还表示，对于任何电光系统来说，高级封装是一个问题。“它不仅涉及标准的CMOS芯片或翻转芯片在一个封装中，”斯泰曼说。“您需要整合一个电子芯片、一个光学芯片、一个光源、I/O和电源——它是一切可能性，因此高级封装是我们花费大量时间关注的领域。这是光学计算的一个主要技术障碍之一。”
Lightelligence为了PACE的后继产品增加了更强大的可编程性，这样在将其面向开发人员发布时，他们可以确定哪些应用程序最适合PACE。斯泰曼说。
进一步超越经典计算，光子技术也可以用于量子计算。加拿大多伦多的量子计算公司Xanadu的创始人兼首席执行官Christian Weedbrook称量子计算机为“下一代超级计算机”。
Weedbrook解释说，量子计算机不像经典计算机那样以二进制系统工作，后者使用数字计算器上的晶体管进行0和1的计算，而量子计算机则使用可以同时是0和1的量子位（qubit）进行计算。总的来说，他说，计算能力随着可用量子位数的增加而按指数级增加。
Weedbrook表示，虽然有多种构建量子计算机的方法，Xanadu采用了光子技术的方法，利用光学组件和光纤将光子芯片互联起来。“采用光子技术的好处包括可扩展性和模块化、易于制造，并能在室温下工作，”Weedbrook说道。相比之下，大多数超级计算机和量子计算机需要保持极低温度以达到最高效率。
Lightmatter的哈里斯认为，世界将迅速适应光子技术增强的计算，光子技术将默默地推动人工智能和计算的增长，如果一切顺利，没有人会注意到它的存在。
约翰·德兰尼是一位位于美国纽约曼哈顿的自由技术作家。