На пленарном заседании «Фотонные квантовые технологии» форума «Микроэлектроника 2025» 23 сентября 2025 года член-корреспондент Российской академии наук Андрей Федянин рассказал про фотонные интегральные схемы для задач аналоговой обработки изображений и нейроморфных оптических вычислений.

Учёный подчеркнул, что технология находится на очень ранней, поисковой стадии, но имеет потенциал для преодоления ограничений традиционной микроэлектроники, поэтому важно перейти к созданию соответсвующей компонентной базы. «В нашей стране есть все возможности для того, чтобы эти элементы делать», — отметил Андрей Федянин.

Основой для таких систем служит нанофотоника — область, где работа ведётся с объектами размером меньше или порядка длины световой волны.

Подходы нанофотоники позволяют управлять распространением и излучением света на субмикронных масштабах, за счёт чего становятся возможными миниатюризация элементов, усиление нелинейных эффектов и сверхбыстрые эффекты, рассказал учёный.

Важным направлением работы является создание оптических метаповерхностей. Это субволновые массивы наноантенн, с помощью которых можно создавать сверхтонкие амплитудно-фазовые профили любой сложности.

Особый акцент докладчик сделал на применении нанофотоники для задач искусственного интеллекта и нейроморфных, то есть подражающих принципам работы мозга, вычислений. Учёный привел пример оптической предобработки изображений: вместо того чтобы обрабатывать картинку пиксель за пикселем, можно использовать метаповерхность для мгновенного выполнения математических операций.

«Излучение диодного лазера, прошедшее через амплитудную маску для формирования исходного изображения, пропускается через схему Фурье-фильтрации с кремниевой метаповерхностью в качестве амплитудно-фазового фильтра. Метаповерхность кодирует Фурье-образ опорного изображения для поиска корреляции», — пояснил учёный.

В заключительной части доклада Андрей Федянин рассказал о создании оптических аналогов синапсов — соединений между нейронами в мозге. «Мы показали в своей работе, что мы можем при помощи такого рода оптических синапсов реализовать все характерные функции спайков, которые есть в синапсах нашего головного мозга. Прежде всего, это генерация короткой и быстрой памяти, наличие постсинаптического тока и чувствительности к импульсам», — заявил учёный. Эти элементы являются основой для создания энергоэффективных нейроморфных вычислителей.

В заключение Андрей Федянин подчеркнул стратегическую важность разработки фотонной элементной базы для реализации высокопроизводительных оптических вычислений, в том числе для задач искусственного интеллекта. Ключевыми шагами он назвал разработку оптического матричного вычислительного ядра и принципов сопряжения оптического матричного сопроцессора с электронными компонентами.