Optisch draadloos mag geen obstakels meer hebben. Een onderzoek van Politecnico di Milano, uitgevoerd samen met Scuola Superiore Sant'Anna in Pisa, de Universiteit van Glasgow en Stanford University, en gepubliceerd in Nature Photonics , heeft het mogelijk gemaakt om fotonische chips te maken die wiskundig de optimale vorm van licht berekenen om het beste door elke omgeving te kunnen passeren, zelfs een omgeving die onbekend is of in de loop van de tijd verandert.

Het probleem is bekend:licht is gevoelig voor elk obstakel, zelfs voor heel kleine obstakels. Denk bijvoorbeeld aan hoe we objecten zien als we door een bevroren raam kijken of gewoon als onze bril beslagen wordt. Het effect is vrij gelijkaardig op een lichtstraal die datastromen in optische draadloze systemen transporteert:de informatie, hoewel nog steeds aanwezig, is volledig vervormd en uiterst moeilijk te achterhalen.

De in dit onderzoek ontwikkelde apparaatjes zijn kleine siliciumchips die dienen als slimme transceivers:in paren kunnen ze automatisch en onafhankelijk ‘berekenen’ welke vorm een ​​lichtstraal moet hebben om met maximale efficiëntie door een generieke omgeving te gaan. En dat is nog niet alles:ze kunnen ook meerdere overlappende bundels genereren, elk met een eigen vorm, en deze richten zonder dat ze elkaar hinderen; op deze manier wordt de transmissiecapaciteit aanzienlijk vergroot, net zoals vereist door draadloze systemen van de volgende generatie.

"Onze chips zijn wiskundige processors die zeer snel en efficiënt berekeningen met licht maken, vrijwel zonder energieverbruik. De optische bundels worden gegenereerd door middel van eenvoudige algebraïsche bewerkingen, in wezen sommen en vermenigvuldigingen, rechtstreeks op de lichtsignalen uitgevoerd en rechtstreeks door micro-antennes uitgezonden. geïntegreerd op de chips Deze technologie biedt vele voordelen:uiterst eenvoudige verwerking, hoge energie-efficiëntie en een enorme bandbreedte van meer dan 5000 GHz", legt Francesco Morichetti, hoofd van het Photonic Devices Lab van Politecnico di Milano, uit.

“Tegenwoordig is alle informatie digitaal, maar in feite zijn beelden, geluiden en alle gegevens inherent analoog. Digitalisering maakt zeer complexe verwerking mogelijk, maar naarmate de hoeveelheid gegevens toeneemt, worden deze operaties steeds minder duurzaam in termen van energie en energie. Tegenwoordig is er grote belangstelling om terug te keren naar analoge technologieën, via speciale circuits (analoge co-processors) die zullen dienen als enablers voor de 5G- en 6G draadloze interconnectiesystemen van de toekomst. Onze chips werken precies zo , Directeur van Polifab, het micro- en nanotechnologiecentrum van Politecnico di Milano, zegt.

"Analoog computergebruik met behulp van optische processors is cruciaal in talloze toepassingsscenario's, waaronder wiskundige versnellers voor neuromorfe systemen, high-performance computing (HPC) en kunstmatige intelligentie, kwantumcomputers en cryptografie, geavanceerde lokalisatie-, positionerings- en sensorsystemen, en in het algemeen in alle systemen waarbij de verwerking van grote hoeveelheden gegevens met zeer hoge snelheid vereist is", voegt Marc Sorel, hoogleraar elektronica aan het TeCIP Institute (Telecommunicatie, Computer Engineering en Fotonica Instituut) van Scuola Superiore Sant'Anna toe.

Meer informatie: SeyedMohammad SeyedinNavadeh et al, Bepaling van de optimale communicatiekanalen van willekeurige optische systemen met behulp van geïntegreerde fotonische processors, Natuurfotonica (2023). DOI:10.1038/s41566-023-01330-w

Journaalinformatie: Natuurfotonica

Aangeboden door Polytechnische Universiteit van Milaan