혁신, 빛을 다루는 칩이 도착하다

광무선에는 더 이상 장애물이 없을 수 있습니다.

피사의 Sant'Anna 고등 연구 학교, 글래스고 대학교 및 스탠포드 대학교와 함께 밀라노 폴리테크닉에서 진행한 연구, Nature Photonics 게재

밀라노 폴리테크닉(Polytechnic of Milan)이 피사의 산탄나 고등 연구 학교(Sant'Anna School of Advanced Studies), 글래스고 대학교, 스탠포드 대학교와 함께 수행한 연구(명문 저널 Nature Photonics에 게재)는 다음과 같은 것을 가능하게 했습니다. 광자 칩 빛의 최적 모양을 수학적으로 계산하여 알려지지 않았거나 시간이 지남에 따라 변화하는 모든 환경을 가장 잘 통과합니다.

연구원들은 문제가 잘 알려져 있다고 지적합니다. 빛은 모든 형태의 장애물, 심지어 아주 작은 장애물에도 민감합니다. 예를 들어 불투명 유리를 통해 보거나 단순히 안개가 낀 안경을 착용하여 물체를 보는 방법에 대해 생각해 봅시다.

학자들은 계속해서 그 효과는 광 무선 시스템에서 데이터 흐름을 전달하는 광선에서 완전히 유사하다고 말합니다. 정보는 여전히 존재하지만 완전히 왜곡되어 복구하기가 매우 어렵습니다. 이 연구에서 개발된 장치는 지능형 트랜시버처럼 작동하는 작은 실리콘 칩입니다. 쌍으로 협력함으로써 광선이 일반 환경을 최대 효율로 통과해야 하는 모양을 자동으로 자율적으로 '계산'할 수 있습니다. 뿐만 아니라 동시에 각각 고유한 모양을 가진 많은 겹치는 빔을 생성하여 서로 간섭하지 않고 방향을 지정할 수도 있습니다. 이러한 방식으로 차세대 무선 시스템에서 요구되는 것과 마찬가지로 전송 용량을 크게 늘릴 수 있습니다.

“우리 칩은 거의 에너지를 소비하지 않고 매우 빠르고 효율적으로 빛을 처리하는 수학적 프로세서입니다. 광빔은 간단한 대수 연산(기본적으로 덧셈과 곱셈)을 통해 생성되며, 광 신호에서 직접 수행되며 칩에 직접 통합된 마이크로안테나를 통해 전송됩니다. 이 기술의 장점은 처리의 극도의 단순성, 높은 에너지 효율성, 5000GHz를 초과하는 엄청난 대역폭 등 여러 가지입니다.” 밀라노 폴리테크닉(Polytechnic of Milan)의 광소자 연구소 소장인 Francesco Morichetti는 말합니다.

“오늘날 모든 정보는 디지털이지만 실제로는 이미지, 소리, 모든 데이터가 본질적으로 아날로그입니다. 디지털화는 매우 복잡한 처리를 가능하게 하지만 데이터 양이 증가함에 따라 에너지 및 계산 관점에서 이러한 작업을 유지하기가 점점 더 어려워지고 있습니다. 오늘날 우리는 미래의 5G 및 6G 무선 상호 연결 시스템을 가능하게 할 전용 회로(아날로그 보조 프로세서)를 통해 아날로그 기술로의 복귀에 큰 관심을 갖고 있습니다. 우리 칩은 정확히 이렇게 작동합니다.”라고 밀라노 폴리테크닉의 마이크로 및 나노기술 센터인 Polifab의 이사인 Andrea Melloni는 강조합니다.

Scuola Superiore Sant'Anna의 TeCIP 연구소(통신, 컴퓨터 공학 및 포토닉스 연구소)의 전자 교수인 Marc Sorel은 마지막으로 "광 프로세서를 사용하여 수행되는 아날로그 계산은 수학적 가속기를 포함한 수많은 응용 시나리오에서 매우 중요합니다"라고 덧붙였습니다. 뉴로모픽 시스템, 고성능 컴퓨팅(HPC) 인공 지능, 양자 컴퓨터 및 암호화, 고급 위치 파악, 위치 확인 및 센서 시스템, 그리고 일반적으로 매우 빠른 속도로 대량의 데이터를 처리해야 하는 모든 시스템입니다.”

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