Optisk trådlös kanske inte längre har några hinder. En studie av Politecnico di Milano, utförd tillsammans med Scuola Superiore Sant'Anna i Pisa, University of Glasgow och Stanford University, och publicerad i Nature Photonics , har gjort det möjligt att skapa fotoniska chips som matematiskt beräknar den optimala formen av ljus för att bäst passera genom vilken miljö som helst, även en som är okänd eller förändras över tiden.
Problemet är välkänt:ljus är känsligt för alla former av hinder, även mycket små. Tänk till exempel på hur vi ser föremål när vi tittar genom ett frostat fönster eller helt enkelt när våra glasögon blir dimmiga. Effekten är ganska lika på en ljusstråle som bär dataströmmar i optiska trådlösa system:informationen, även om den fortfarande finns närvarande, är fullständigt förvrängd och extremt svår att hämta.
De enheter som utvecklats i denna forskning är små kiselchips som fungerar som smarta sändtagare:arbetar i par, kan de automatiskt och oberoende "beräkna" vilken form en ljusstråle behöver ha för att passera genom en generisk miljö med maximal effektivitet. Och det är inte allt:de kan också generera flera överlappande strålar, var och en med sin egen form, och rikta dem utan att de stör varandra; på så sätt ökar överföringskapaciteten avsevärt, precis som nästa generations trådlösa system kräver.
"Våra chips är matematiska processorer som gör beräkningar med ljus mycket snabbt och effektivt, nästan utan energiförbrukning. De optiska strålarna genereras genom enkla algebraiska operationer, i huvudsak summeringar och multiplikationer, utförda direkt på ljussignalerna och sänds direkt av mikroantenner integrerad på chipsen Den här tekniken erbjuder många fördelar:extremt enkel bearbetning, hög energieffektivitet och en enorm bandbredd som överstiger 5000 GHz," förklarar Francesco Morichetti, chef för Photonic Devices Lab på Politecnico di Milano.
"Idag är all information digital, men i själva verket är bilder, ljud och all data till sin natur analoga. Digitaliseringen möjliggör visserligen mycket komplex bearbetning, men i takt med att mängden data ökar blir dessa operationer allt mindre hållbara när det gäller energi och Idag finns det ett stort intresse för att återgå till analog teknologi, genom dedikerade kretsar (analoga co-processorer) som kommer att fungera som möjliggörare för framtidens 5G och 6G trådlösa sammankopplingssystem Våra chips fungerar precis som det , chef för Polifab, Politecnico di Milanos mikro- och nanoteknikcenter, säger.
"Analog datoranvändning med optiska processorer är avgörande i många tillämpningsscenarier som inkluderar matematiska acceleratorer för neuromorfa system, högpresterande beräkningar (HPC) och artificiell intelligens, kvantdatorer och kryptografi, avancerad lokalisering, positionering och sensorsystem, och i allmänhet, i alla system där bearbetning av stora mängder data med mycket hög hastighet krävs," tillägger Marc Sorel, professor i elektronik vid TeCIP Institute (Telecommunications, Computer Engineering, and Photonics Institute) vid Scuola Superiore Sant'Anna.
Mer information: SeyedMohammad SeyedinNavadeh et al, Bestämning av de optimala kommunikationskanalerna för godtyckliga optiska system med hjälp av integrerade fotoniska processorer, Nature Photonics (2023). DOI:10.1038/s41566-023-01330-w
Journalinformation: Naturfotonik
Tillhandahålls av Polytechnic University of Milan
