Инновация: появился чип, работающий со светом

Оптическая беспроводная связь больше не может иметь препятствий.

Исследование, проведенное Политехническим институтом Милана совместно со Школой перспективных исследований Сант-Анна в Пизе, а также Университетами Глазго и Стэнфорда, опубликовано в журнале Nature Photonics.

Исследование Миланского политехнического института, проведенное совместно со Школой перспективных исследований Сант-Анна в Пизе, Университетом Глазго и Стэнфордским университетом и опубликованное престижным журналом Nature Photonics, позволило создать некоторые фотонные чипы которые математически рассчитывают оптимальную форму света, которая лучше всего проходит через любую среду, даже неизвестную или меняющуюся с течением времени.

Исследователи отмечают, что проблема хорошо известна: свет чувствителен к любым препятствиям, даже очень маленьким. Давайте подумаем, говорят они, например, о том, как мы видим предметы, глядя через матовое стекло или просто надев запотевшие очки.

Эффект, продолжают ученые, полностью аналогичен лучу света, который несет потоки данных в оптических беспроводных системах: информация, хотя и присутствует, полностью искажена, и ее крайне сложно восстановить. Устройства, разработанные в ходе этого исследования, представляют собой небольшие кремниевые чипы, которые работают как интеллектуальные приемопередатчики: взаимодействуя в парах, они могут автоматически и автономно «вычислить», какую форму должен иметь световой луч, чтобы с максимальной эффективностью пересекать общую среду. Мало того, одновременно они также могут генерировать множество перекрывающихся лучей, каждый из которых имеет свою форму, и направлять их, не мешая друг другу; таким образом можно значительно увеличить пропускную способность, как того требуют беспроводные системы нового поколения.

«Наши чипы — это математические процессоры, которые очень быстро и эффективно справляются со светом, практически не потребляя энергии. Оптические лучи генерируются посредством простых алгебраических операций, в основном сложения и умножения, выполняемых непосредственно над световыми сигналами, и передаются микроантеннами, встроенными непосредственно в чипы. Преимуществ у этой технологии много: чрезвычайная простота обработки, высокая энергоэффективность и огромная полоса пропускания, превышающая 5000 ГГц». — говорит Франческо Моричетти, руководитель лаборатории фотонных устройств Миланского политехнического института.

«Сегодня вся информация является цифровой, но на самом деле изображения, звуки и все данные по своей сути являются аналоговыми. Цифровизация позволяет осуществлять очень сложную обработку, но по мере роста объема данных эти операции становится все труднее поддерживать с энергетической и вычислительной точки зрения. Сегодня мы с большим интересом смотрим на возвращение к аналоговым технологиям через выделенные схемы (аналоговые сопроцессоры), которые позволят создать системы беспроводного соединения 5G и 6G будущего. Наши чипы работают именно так», — подчеркивает Андреа Меллони, директор Polifab, центра микро- и нанотехнологий Миланского политехнического института.

Марк Сорель, профессор электроники в Институте TeCIP (Институт телекоммуникаций, вычислительной техники и фотоники) Высшей школы Сант-Анна, наконец добавляет, что «аналоговые вычисления, выполняемые с помощью оптических процессоров, имеют решающее значение во многих сценариях применения, которые включают в себя математические ускорители для нейроморфные системы, высокопроизводительные вычисления (HPC) e искусственный интеллект, квантовые компьютеры и криптография, расширенные системы локализации, позиционирования и датчиков и вообще все системы, в которых необходима обработка больших объемов данных на очень высокой скорости».

BlogInnovazione.it