Innovatie, de chip die met licht omgaat, komt eraan

Optisch draadloos mag geen obstakels meer hebben.

Studie door de Polytechnische Universiteit van Milaan met de Sant'Anna School of Advanced Studies in Pisa, en de Universiteit van Glasgow en Stanford, gepubliceerd in Nature Photonics

Een studie van de Polytechnische Universiteit van Milaan, uitgevoerd in samenwerking met de Sant'Anna School of Advanced Studies in Pisa, de Universiteit van Glasgow en de Universiteit van Stanford – gepubliceerd door het prestigieuze tijdschrift Nature Photonics – heeft het mogelijk gemaakt om enkele fotonische chips die wiskundig de optimale vorm van licht berekenen om het beste door elke omgeving te gaan, zelfs onbekend of veranderend in de tijd.

De onderzoekers wijzen erop dat het probleem bekend is: licht is gevoelig voor elke vorm van obstakel, zelfs voor hele kleine. Laten we eens nadenken, zeggen ze bijvoorbeeld, over hoe we objecten zien door door matglas te kijken of simpelweg door een mistige bril te dragen.

Het effect, zo vervolgen de wetenschappers, is volledig vergelijkbaar met een lichtstraal die datastromen in optische draadloze systemen transporteert: de informatie, hoewel nog steeds aanwezig, is volledig vervormd en uiterst moeilijk te herstellen. De in dit onderzoek ontwikkelde apparaatjes zijn kleine siliciumchips die werken als intelligente transceivers: door paarsgewijs samen te werken kunnen ze automatisch en autonoom 'berekenen' welke vorm een ​​lichtstraal moet hebben om met maximale efficiëntie een generieke omgeving te doorkruisen. Niet alleen dat, ze kunnen tegelijkertijd ook veel overlappende bundels genereren, elk met hun eigen vorm, en deze richten zonder elkaar te hinderen; op deze manier is het mogelijk om de transmissiecapaciteit aanzienlijk te vergroten, net zoals vereist door de nieuwe generatie draadloze systemen.

“Onze chips zijn wiskundige processors die heel snel en efficiënt met licht omgaan, vrijwel zonder energie te verbruiken. De optische bundels worden gegenereerd door middel van eenvoudige algebraïsche bewerkingen, in wezen optellingen en vermenigvuldigingen, rechtstreeks op de lichtsignalen en worden verzonden door microantennes die rechtstreeks op de chips zijn geïntegreerd. De voordelen van deze technologie zijn talrijk: extreme eenvoud van verwerking, hoge energie-efficiëntie en enorme bandbreedte, die groter is dan 5000 GHz.” zegt Francesco Morichetti, hoofd van het Photonic Devices Lab aan de Polytechnische Universiteit van Milaan.

“Tegenwoordig is alle informatie digitaal, maar in werkelijkheid zijn beelden, geluiden en alle gegevens intrinsiek analoog. Digitalisering maakt zeer complexe verwerking mogelijk, maar naarmate de hoeveelheid gegevens groeit, worden deze operaties vanuit energie- en computationeel oogpunt steeds moeilijker vol te houden. Tegenwoordig kijken we met grote belangstelling naar een terugkeer naar analoge technologieën, via speciale circuits (analoge coprocessors) die de 5G- en 6G draadloze interconnectiesystemen van de toekomst mogelijk zullen maken. Onze chips werken precies zo”, onderstreept Andrea Melloni, directeur van Polifab, het micro- en nanotechnologiecentrum van de Polytechnische Universiteit van Milaan.

Marc Sorel, hoogleraar elektronica aan het TeCIP Institute (Telecommunications, Computer Engineering, and Photonics Institute) van de Scuola Superiore Sant'Anna, voegt er ten slotte aan toe dat "analoge berekeningen uitgevoerd met optische processors cruciaal zijn in talloze toepassingsscenario's, waaronder wiskundige versnellers voor neuromorfe systemen, high-performance computing (HPC) e kunstmatige intelligentie, kwantumcomputers en cryptografie, geavanceerde lokalisatie-, positionerings- en sensorsystemen, en in het algemeen alle systemen waarin de verwerking van grote hoeveelheden gegevens met zeer hoge snelheid noodzakelijk is”.

BlogInnovazione.it