Fotoniske chips kan beregne den optimale lysform til næste generations trådløse systemer

Optisk trådløs har muligvis ikke længere nogen forhindringer. En undersøgelse af Politecnico di Milano, udført sammen med Scuola Superiore Sant'Anna i Pisa, University of Glasgow og Stanford University, og offentliggjort i Nature Photonics , har gjort det muligt at skabe fotoniske chips, der matematisk beregner den optimale form af lys, så det bedst passerer gennem ethvert miljø, selv et der er ukendt eller ændrer sig over tid.

Problemet er velkendt:lys er følsomt over for enhver form for forhindring, selv meget små. Tænk for eksempel på, hvordan vi ser genstande, når vi kigger gennem et matteret vindue, eller blot når vores briller bliver tåge. Effekten er ret ens på en lysstråle, der bærer datastrømme i optiske trådløse systemer:informationen, selvom den stadig er til stede, er fuldstændig forvrænget og ekstremt svær at genfinde.

De enheder, der er udviklet i denne forskning, er små siliciumchips, der fungerer som smarte transceivere:arbejder i par, kan de automatisk og uafhængigt 'beregne', hvilken form en lysstråle skal have for at passere gennem et generisk miljø med maksimal effektivitet. Og det er ikke alt:de kan også generere flere overlappende stråler, hver med sin egen form, og dirigere dem uden at de forstyrrer hinanden; på denne måde øges transmissionskapaciteten markant, ligesom det kræves af næste generations trådløse systemer.

"Vores chips er matematiske processorer, der laver beregninger med lys meget hurtigt og effektivt, næsten uden energiforbrug. De optiske stråler genereres gennem simple algebraiske operationer, i det væsentlige summer og multiplikationer, udført direkte på lyssignalerne og transmitteret direkte af mikroantenner. integreret på chipsene. Denne teknologi byder på mange fordele:ekstrem nem behandling, høj energieffektivitet og en enorm båndbredde på over 5000 GHz," forklarer Francesco Morichetti, leder af Photonic Devices Lab hos Politecnico di Milano.

"I dag er al information digital, men i virkeligheden er billeder, lyde og alle data i sagens natur analoge. Digitalisering giver mulighed for meget kompleks behandling, men efterhånden som mængden af ​​data stiger, bliver disse operationer stadig mindre bæredygtige med hensyn til energi og Beregning I dag er der stor interesse for at vende tilbage til analoge teknologier gennem dedikerede kredsløb (analoge co-processorer), der vil fungere som muliggører for fremtidens 5G og 6G trådløse sammenkoblingssystemer , direktør for Polifab, Politecnico di Milanos mikro- og nanoteknologicenter, siger.

"Analog computing ved hjælp af optiske processorer er afgørende i adskillige applikationsscenarier, der inkluderer matematiske acceleratorer til neuromorfe systemer, højtydende computing (HPC) og kunstig intelligens, kvantecomputere og kryptografi, avanceret lokalisering, positionering og sensorsystemer, og generelt i alle systemer, hvor der kræves behandling af store mængder data med meget høj hastighed," tilføjer Marc Sorel, professor i elektronik ved TeCIP Institute (Telecommunications, Computer Engineering, and Photonics Institute) af Scuola Superiore Sant'Anna.

Flere oplysninger: SeyedMohammad SeyedinNavadeh et al., Bestemmelse af de optimale kommunikationskanaler for vilkårlige optiske systemer ved hjælp af integrerede fotoniske processorer, Nature Photonics (2023). DOI:10.1038/s41566-023-01330-w

Journaloplysninger: Naturfotonik

Leveret af Polytechnic University of Milan