Nytt fotoniskt chip kan beräkna den bästa ljusformen

Ljus är känsligt för alla slags hinder - även små kan blockera dess utbredning. Denna effekt är mycket lik den hos en stråle som bär en dataström i ett optiskt trådlöst system: informationen, även om den fortfarande finns närvarande, är fullständigt förvrängd och extremt svår att återställa.
En nyligen genomförd studie av Politecnico di Milano, tillsammans med Istituto Superiore Sant'Anna di Pisa, University of Glasgow och Stanford University, har gjort det möjligt att skapa fotoniska chips som matematiskt kan beräkna ljusets optimala form. Dessa fotoniska chips kan passera genom vilken miljö som helst, även okända eller tidsvarierande sådana, och i slutändan optimerar ljusprofilen i "vilken miljö som helst".
Verket publiceras i en artikel i Nature Photonics.
Minsta storlek, maximal effektivitet
Milan ledde forskningen som ledde fram till utvecklingen av enheterna – små kiselchips som fungerar som smarta sändtagare. Genom att arbeta i par kan de automatiskt och självständigt räkna ut vilken form en ljusstråle behöver ha för att passera genom den allmänna miljön med maximal effektivitet.
De kan också generera flera överlappande strålar, var och en med sin egen form, och rikta dem utan att störa varandra; på detta sätt ökar överföringskapaciteten avsevärt, vilket krävs för nästa generations trådlösa kommunikationssystem.
Francesco Morichetti, chef för Photonic Devices Laboratory vid Politecnico di Milano, kommenterade, "Våra chip är matematiska processorer som utför optiska beräkningar mycket snabbt och effektivt och förbrukar nästan ingen energi."
"Ljusstrålarna genereras av enkla algebraiska operationer, i huvudsak summeringar och multiplikationer, som utförs direkt på de optiska signalerna och sänds av mikroantenner integrerade på chipet. Denna teknik har många fördelar: extremt lätt att hantera, mycket energieffektivt , med en enorm bandbredd på mer än 5,000 GHz."
Andrea Melloni, chef för Polifab, Center for Micro and Nanotechnology vid Politecnico di Milano, sa: "Idag är all information digital. Men faktum är att bilder, ljud och all data i huvudsak är analoga. Digitalisering möjliggör mycket komplex bearbetning, men i takt med att mängden data ökar blir dessa operationer allt mer ohållbara när det gäller energi och beräkning.Det finns ett stort intresse för att återgå till analog teknologi genom dedikerade kretsar (analoga samprocessorer), som kommer att möjliggöra framtida 5G och 6G trådlöst sammankopplade system. Det är så våra chips fungerar."
Marc Sorel, professor i elektronik vid TeCIP Institute of Higher Education i Santa Ana, sa: "Analog datoranvändning med optiska processorer är avgörande i många applikationsscenarier, inklusive matematiska gaspedaler för neuromorfa system, högpresterande beräkningar och artificiell intelligens, kvantdatorer och kryptografi, avancerad positionering, lokalisering och sensorsystem, såväl som i alla system som kräver höghastighetsbehandling av stora mängder data."