近日，致远学院再传佳讯。学院2022级物理学方向陈正诺、王瑜含作为共同一作在国际权威期刊《LASER & PHOTONICS REVIEWS》发表了题目为“Optical Arbitrary Vector-Matrix Multiplication in a Single Time-Varying Ring”的研究论文。该期刊是光学与光子学领域的顶级期刊之一，影响因子常年位居前列。

论文链接：http://doi.org/10.1002/lpor.71242

在传统光学计算中，实现任意向量与矩阵的乘法运算，通常需要复杂且庞大的空间光路或微纳结构阵列，这极大地限制了集成光计算芯片的规模与效率。陈正诺与王瑜含在研究中提出了一种全新的概念，利用单个时变微环谐振腔，在频率维度上编码并完成光学任意向量-矩阵乘法。该工作的核心创新在于利用单个时变微环构建可编程的合成频率晶格，将向量-矩阵乘法转化为频率模式在时变调制下的光场演化。输入向量被编码在多个谐振频率模式上，环内相位调制和幅度调制共同决定模式间耦合。每一段调制形成一个线性变换层，多个调制层按时间顺序叠加后，其整体传输矩阵即可逼近任意目标矩阵。相比传统依赖空间阵列或多级光路的方案，该方法理论上可以把复杂矩阵运算压缩到单个固定空间尺寸的微环中，实现了O(1)空间复杂度、可编程性和可扩展性的统一，为未来光子芯片上高通量、低延迟的光子神经网络与微波光子信号处理提供了全新的实现路径。

单个时变环中的光学向量-矩阵乘法

通过在环形谐振腔内时变调控振幅与相位，输入光场在传播中逐步演化，其过程相当于对目标向量进行矩阵计算，通过对目标矩阵的逆向参数设计，最终可实现可编程的任意光学矩阵运算。

这项突破性工作的背后，是两位致远学子多元化的科研探索与扎实的学术训练。陈正诺即将赴清华大学高等研究院攻读博士，未来将开展开放量子系统的相关研究。本科期间他曾参与三维球面几何下 Rayleigh-Taylor 不稳定性的理论研究，相关成果以共同一作身份发表于 《Physics of Plasmas》，这段经历也为他处理复杂的非厄米光学系统打下了坚实的理论与计算基础。王瑜含将在上海交通大学物理与天文学院与上海创智学院攻读博士，开展激光聚变与人工智能交叉研究。他曾在中国物理学会秋季会议等多个高水平学术会议上做口头报告，获批一项国家自然科学基金本科生项目。

王瑜含（左）和陈正诺

致远学院的学业导师制度是此项研究成果的重要基石。该论文通讯作者袁璐琦教授，也是陈正诺和王瑜含的学业导师，自大一起便在学业、科研和生活方面给予两位同学系统性的指引。致远学院致力于营造浓厚的学科交叉环境，鼓励学生在夯实数理基础的同时发展个人专长，在这种良好的探索环境熏陶下，同寝室的两人陈正诺与王瑜含常在深夜返宿后，仍意犹未尽地继续讨论科研问题。陈正诺专注于理论建模与物理推导，王瑜含则积累了深厚的代码实现与数值计算能力，两人基于不同路径的探索所形成的互补优势，为研究的顺利推进奠定了坚实基础。