Photonische Chips können die optimale Lichtform für drahtlose Systeme der nächsten Generation berechnen

Optischer Funk darf keine Hindernisse mehr haben. Eine Studie des Politecnico di Milano, durchgeführt zusammen mit der Scuola Superiore Sant’Anna in Pisa, der University of Glasgow und der Stanford University veröffentlicht In Naturphotonikhat es möglich gemacht, photonische Chips zu entwickeln, die mathematisch die optimale Form des Lichts berechnen, um jede Umgebung optimal zu durchdringen, selbst eine, die unbekannt ist oder sich im Laufe der Zeit ändert.

Das Problem ist bekannt: Licht reagiert empfindlich auf Hindernisse jeglicher Art, auch auf sehr kleine. Denken Sie zum Beispiel daran, wie wir Objekte sehen, wenn wir durch ein vereistes Fenster schauen oder einfach, wenn unsere Brille beschlägt. Der Effekt ist bei einem Lichtstrahl, der Datenströme in optischen drahtlosen Systemen überträgt, ganz ähnlich: Die Informationen sind zwar noch vorhanden, aber völlig verzerrt und äußerst schwer abzurufen.

Bei den in dieser Forschung entwickelten Geräten handelt es sich um kleine Siliziumchips, die als intelligente Transceiver dienen: Sie arbeiten paarweise und können automatisch und unabhängig „berechnen“, welche Form ein Lichtstrahl haben muss, um eine generische Umgebung mit maximaler Effizienz zu passieren. Und das ist noch nicht alles: Sie können auch mehrere überlappende Strahlen mit jeweils eigener Form erzeugen und diese lenken, ohne dass sie sich gegenseitig stören; Auf diese Weise wird die Übertragungskapazität deutlich erhöht, wie sie auch für Funksysteme der nächsten Generation erforderlich ist.

„Unsere Chips sind mathematische Prozessoren, die sehr schnell und effizient Berechnungen mit Licht durchführen, fast ohne Energieverbrauch. Die optischen Strahlen werden durch einfache algebraische Operationen, im Wesentlichen Summen und Multiplikationen, erzeugt, direkt auf die Lichtsignale angewendet und direkt von Mikroantennen übertragen.“ „In den Chips integriert. Diese Technologie bietet viele Vorteile: extrem einfache Verarbeitung, hohe Energieeffizienz und eine enorme Bandbreite von über 5000 GHz“, erklärt Francesco Morichetti, Leiter des Photonic Devices Lab des Politecnico di Milano.

„Heute sind alle Informationen digital, aber tatsächlich sind Bilder, Töne und alle Daten von Natur aus analog. Die Digitalisierung ermöglicht zwar eine sehr komplexe Verarbeitung, aber mit zunehmender Datenmenge werden diese Vorgänge hinsichtlich Energie und Energie immer weniger nachhaltig „Heute besteht großes Interesse an der Rückkehr zu analogen Technologien durch dedizierte Schaltkreise (analoge Coprozessoren), die als Wegbereiter für die drahtlosen Verbindungssysteme 5G und 6G der Zukunft dienen werden. Unsere Chips funktionieren genau so“, sagt Andrea Melloni , sagt Direktor von Polifab, dem Zentrum für Mikro- und Nanotechnologie des Politecnico di Milano.

„Analoges Rechnen mit optischen Prozessoren ist in zahlreichen Anwendungsszenarien von entscheidender Bedeutung, darunter mathematische Beschleuniger für neuromorphe Systeme, Hochleistungsrechnen (HPC) und künstliche Intelligenz, Quantencomputer und Kryptographie, fortgeschrittene Lokalisierungs-, Positionierungs- und Sensorsysteme und im Allgemeinen.“ Systeme, bei denen die Verarbeitung großer Datenmengen mit sehr hoher Geschwindigkeit erforderlich ist“, fügt Marc Sorel, Professor für Elektronik am TeCIP-Institut (Institut für Telekommunikation, Computertechnik und Photonik) der Scuola Superiore Sant’Anna hinzu.