光子芯片可为下一代无线系统计算最佳光形
发布时间：2023-12-04 09:26:16 阅读数： 91
芯片。资料来源：米兰理工大学（Politecnico di Milano）
光无线通信可能不再有任何障碍。 米兰理工大学（Politecnico di Milano）与比萨圣安娜高等学院（Scuola Superiore Sant'Anna）、格拉斯哥大学（University of Glasgow）和斯坦福大学（Stanford University）合作进行的一项研究成果发表在《自然-光子学》（Nature Photonics）杂志上，该研究成果使得制造光子芯片成为可能，这种芯片可以通过数学计算得出光的最佳形状，从而以最佳方式穿过任何环境，即使是未知的或随时间变化的环境。
问题是众所周知的：光对任何形式的障碍物都很敏感，即使是很小的障碍物。 举例来说，想想我们透过结霜的窗户或眼镜起雾时是如何看到物体的。 光学无线系统中携带数据流的光束也会受到类似的影响：信息虽然仍然存在，但会完全扭曲，极难检索。
这项研究开发的设备是一种小型硅芯片，可用作智能收发器：它们成对工作，能够自动、独立地 "计算 "光束的形状，以便以最高效率穿过一般环境。这还不是全部：它们还能产生多束重叠的光束，每束光束都有自己的形状，并在不相互干扰的情况下引导它们，通过这种方式，传输能力大大提高，这正是下一代无线系统所需要的。
米兰理工大学光子设备实验室主任 Francesco Morichetti 解释说：我们的芯片是一种数学处理器，能快速高效地利用光进行计算，几乎不消耗任何能量。光束是通过简单的代数运算产生的，主要是对光信号直接进行求和与乘法运算，并通过直接集成在芯片上的微型天线进行传输。这项技术具有许多优势，处理极为简便，能效高，带宽超过 5000 GHz。米兰理工大学微纳米技术中心 Polifab 主任 Andrea Melloni 说：今天，所有信息都是数字化的，但事实上，图像、声音和所有数据本质上都是模拟的。数字化的确可以进行非常复杂的处理，但随着数据量的增加，这些操作在能源和计算方面越来越难以为继。如今，人们对通过专用电路（模拟协处理器）回归模拟技术产生了浓厚的兴趣，这些专用电路将成为未来 5G 和 6G 无线互联系统的推动力。我们的芯片就是这样工作的。圣安娜高等学校（Scuola Superiore Sant'Anna ）的 TeCIP 学院（电信、计算机工程和光子学院）电子学教授 Marc Sorel 补充道：使用光学处理器的模拟计算在众多应用场景中都至关重要，这些应用场景包括神经形态系统的数学加速器、高性能计算（HPC）和人工智能、量子计算机和密码学、先进的定位、定位和传感器系统，总之，在所有需要高速处理大量数据的系统中都是如此。
