الابتكار، وصول الشريحة التي تتعامل مع الضوء

ربما لم تعد الاتصالات اللاسلكية الضوئية تواجه عوائق.

الدراسة التي أجرتها كلية الفنون التطبيقية في ميلانو بالتعاون مع مدرسة سانتانا للدراسات المتقدمة في بيزا، وجامعتي جلاسكو وستانفورد، نُشرت في مجلة Nature Photonics

أتاحت دراسة أجرتها كلية الفنون التطبيقية في ميلانو، بالتعاون مع كلية سانتانا للدراسات المتقدمة في بيزا وجامعة جلاسكو وجامعة ستانفورد - والتي نشرتها مجلة Nature Photonics المرموقة - إنشاء بعض الرقائق الضوئية والتي تحسب رياضيًا الشكل الأمثل للضوء ليمر بشكل أفضل عبر أي بيئة، حتى لو كانت غير معروفة أو تتغير بمرور الوقت.

ويشير الباحثون إلى أن المشكلة معروفة جيداً: فالضوء حساس لأي شكل من أشكال العوائق، حتى الصغيرة منها. يقولون، دعونا نفكر، على سبيل المثال، في كيفية رؤيتنا للأشياء من خلال النظر من خلال الزجاج المصنفر أو ببساطة من خلال ارتداء نظارات ضبابية.

ويواصل العلماء أن التأثير مشابه تمامًا على شعاع الضوء الذي يحمل تدفقات البيانات في الأنظمة اللاسلكية الضوئية: فالمعلومات، على الرغم من أنها لا تزال موجودة، تكون مشوهة تمامًا ومن الصعب للغاية استعادتها. الأجهزة التي تم تطويرها في هذا البحث عبارة عن رقائق سيليكون صغيرة تعمل مثل أجهزة الإرسال والاستقبال الذكية: من خلال التعاون في أزواج، يمكنها تلقائيًا وبشكل مستقل "حساب" الشكل الذي يجب أن يكون عليه شعاع الضوء لعبور بيئة عامة بأقصى قدر من الكفاءة. ليس هذا فحسب، بل يمكنهم أيضًا في نفس الوقت توليد العديد من الحزم المتداخلة، ولكل منها شكلها الخاص، وتوجيهها دون تداخل مع بعضها البعض؛ وبهذه الطريقة، من الممكن زيادة قدرة الإرسال بشكل كبير، تمامًا كما هو مطلوب في الأنظمة اللاسلكية من الجيل الجديد.

"إن رقائقنا عبارة عن معالجات رياضية تتعامل مع الضوء بسرعة وكفاءة كبيرة، تقريبًا دون استهلاك الطاقة. يتم إنشاء الحزم الضوئية من خلال عمليات جبرية بسيطة، وهي في الأساس عمليات جمع ومضاعفات، تتم مباشرة على الإشارات الضوئية ويتم إرسالها بواسطة هوائيات دقيقة مدمجة مباشرة على الرقائق. ومزايا هذه التقنية كثيرة: البساطة الشديدة في المعالجة، وكفاءة الطاقة العالية، والنطاق الترددي الهائل الذي يتجاوز 5000 جيجاهرتز. يقول فرانشيسكو موريشيتي، رئيس مختبر الأجهزة الضوئية في كلية الفنون التطبيقية في ميلانو.

"اليوم جميع المعلومات رقمية، ولكن في الواقع، الصور والأصوات وجميع البيانات هي تناظرية في جوهرها. تسمح عملية الرقمنة بمعالجة معقدة للغاية، ولكن مع نمو حجم البيانات، أصبحت هذه العمليات أكثر صعوبة في الحفاظ عليها من وجهة نظر الطاقة والحساب. نتطلع اليوم باهتمام كبير إلى العودة إلى التقنيات التناظرية، من خلال دوائر مخصصة (معالجات مساعدة تناظرية) والتي ستمكن أنظمة التوصيل البيني اللاسلكية 5G و6G في المستقبل. "رقائقنا تعمل بهذه الطريقة تمامًا" يؤكد أندريا ميلوني، مدير Polifab، مركز التكنولوجيا الدقيقة والنانو التابع لبوليتكنيك ميلانو.

يضيف مارك سوريل، أستاذ الإلكترونيات في معهد TeCIP (معهد الاتصالات وهندسة الكمبيوتر والضوئيات) التابع لجامعة Scuola Superiore Sant'Anna، أن "الحسابات التناظرية التي يتم إجراؤها باستخدام المعالجات الضوئية تعد أمرًا بالغ الأهمية في العديد من سيناريوهات التطبيقات التي تتضمن المسرعات الرياضية لـ الأنظمة العصبية، والحوسبة عالية الأداء (HPC) ه الذكاء الاصطناعيوأجهزة الكمبيوتر الكمومية والتشفير، والتعريب المتقدم، وأنظمة تحديد المواقع والاستشعار، وبشكل عام جميع الأنظمة التي تتطلب معالجة كميات كبيرة من البيانات بسرعة عالية جدًا.

BlogInnovazione.it