빛과 물질의 결합으로 AI 연산 혁신 — 펜실베이니아大, 광자 컴퓨팅 돌파구

광자 컴퓨팅의 오랜 병목을 넘다

펜실베이니아 대학 물리학과 Bo Zhen 교수 연구팀이 5월 18일 빛과 물질의 혼성 입자인 엑시톤-폴라리톤을 이용한 광학 신호 스위칭을 구현했다. 기존 광자 AI 칩은 비선형 활성화 단계에서 빛 신호를 전자 신호로 변환해야 했는데, 이 변환 과정이 속도와 에너지 효율을 떨어뜨리는 핵심 병목이었다.

1회 연산에 4펨토줄(4×10⁻¹⁵J)

연구팀은 나노 크기의 광공진기에 빛을 가두고 원자 한 층 두께의 물질과 결합해 엑시톤-폴라리톤을 생성했다. 이 입자는 빛의 속도와 물질의 상호작용 능력을 동시에 지닌다. 실험에서 연산 1회당 소비 에너지는 약 4펨토줄로 측정됐으며, 이는 기존 전자 방식 대비 획기적으로 낮은 수치다.

AI 하드웨어의 전력 위기 돌파구

대규모 AI 모델 학습과 추론에 드는 전력 소비가 글로벌 에너지 인프라에 가하는 압박이 커지는 상황에서, 광자 컴퓨팅은 전자 기반 가속기의 유력한 대안으로 꼽혀 왔다. 이번 연구는 입력부터 출력까지 신호를 빛으로만 처리하는 '전광 AI 추론'을 향한 마지막 장벽 중 하나를 낮춘 성과로 평가된다.