光子芯片可以计算下一代无线系统的最佳光形

光学无线技术可能不再有任何障碍。米兰理工大学与比萨圣安娜高等学院、格拉斯哥大学和斯坦福大学共同进行的一项研究使创建光子芯片成为可能，该芯片可以通过数学计算出光的最佳形状，以最好地穿过任何环境，甚至是未知或随时间变化的环境。该研究成果发表在《自然·光子学》上。

众所周知，光对任何形式的障碍物都很敏感，即使是极小的障碍物。例如，当我们透过磨砂玻璃或只是当我们的眼镜起雾时，我们如何看到物体。这种效应在光无线系统中携带数据流的光束上非常相似：信息虽然仍然存在，但完全被扭曲，极难检索。

这项研究中开发的设备是作为智能收发器的小型硅芯片：它们成对工作，可以自动独立地“计算”光束需要什么形状才能以最大效率通过一般环境。不仅如此，它们还可以产生多个重叠的光束，每个都有自己的形状，并且可以在不相互干扰的情况下引导它们；通过这种方式，传输容量显著增加，正如下一代无线系统所要求的那样。

米兰理工大学光子器件实验室主任Francesco Morichetti解释道：“我们的芯片是数学处理器，它能够非常快速有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，基本上是求和和乘法运算，直接在光信号上执行，并通过直接集成在芯片上的微天线传输。这项技术提供了许多优点：极容易处理、高能效、超过5000 GHz的巨大带宽。”

米兰理工大学微纳米技术中心Polifab主任Andrea Melloni说：“今天，所有的信息都是数字化的，但事实上，图像、声音和所有的数据都是模拟的。数字化确实允许非常复杂的处理，但随着数据量的增加，这些操作在能源和计算方面变得越来越不可持续。今天，人们非常有兴趣通过专用电路（模拟协同处理器）回归模拟技术，这些电路将成为未来5G和6G无线互连系统的推动者。我们的芯片就是这样工作的。”

圣安娜高等学院TeCIP研究所（电信、计算机工程和光子学研究所）电子学教授Marc Sorel补充道：“使用光学处理器的模拟计算在许多应用场景中至关重要，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、先进的本地化、定位和传感器系统，以及通常需要以非常高的速度处理大量数据的所有系统”。

相关链接：https://phys.org/news/2023-11-photonic-chips-optimal-next-gen-wireless.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41566-023-01330-w