新的先進光子芯片已經(jīng)開發(fā)出來，它可以優(yōu)化光學(xué)無線系統(tǒng)的光傳輸。這些芯片對于未來5G和6G網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，代表著向節(jié)能模擬技術(shù)的轉(zhuǎn)變，并在高速數(shù)據(jù)處理和通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

光學(xué)無線技術(shù)的新突破采用光子芯片，可有效塑造光以改善數(shù)據(jù)傳輸，這對于未來無線網(wǎng)絡(luò)和高速數(shù)據(jù)處理的進步至關(guān)重要，光纖無線或許可以不再有任何障礙。米蘭理工大學(xué)、格拉斯哥大學(xué)和斯坦福大學(xué)等學(xué)校合作進行的一項研究，發(fā)表在著名期刊《自然光子學(xué)》上，使制造光子芯片成為可能，該芯片可以通過數(shù)學(xué)方法計算出最佳形狀光線能夠最好地穿過任何環(huán)境，即使是未知的或隨時間變化的環(huán)境。

有一個問題是眾所周知的：光對任何形式的障礙物都很敏感，即使是非常小的障礙物。想一想當(dāng)透過磨砂窗戶或當(dāng)我們的眼鏡起霧時我們?nèi)绾慰吹轿矬w。這種效果與光學(xué)無線系統(tǒng)中攜帶數(shù)據(jù)流的光束非常相似：信息雖然仍然存在，但卻完全扭曲并且極難檢索。

這項研究中開發(fā)的設(shè)備是用作智能收發(fā)器的小型硅芯片：成對工作，它們可以自動且獨立地“計算”光束需要什么形狀，以便以最大效率穿過通用環(huán)境。這還不是全部：它們還可以生成多個重疊的光束，每個光束都有自己的形狀，并引導(dǎo)它們而不互相干擾；這樣，傳輸容量就大大增加，正如下一代無線系統(tǒng)所要求的那樣。

“我們的芯片是數(shù)學(xué)處理器，可以非常快速有效地利用光進行計算，幾乎不消耗能源。光束通過簡單的代數(shù)運算（本質(zhì)上是求和與乘法）生成，直接對光信號執(zhí)行，并通過直接集成在芯片上的微天線傳輸。這項技術(shù)具有許多優(yōu)點：處理極其簡單、能源效率高以及超過5000GHz的巨大帶寬。”米蘭理工大學(xué)光子器件實驗室負責(zé)人Francesco Morichetti解釋道。

“如今，所有信息都是數(shù)字化的，但事實上，圖像、聲音和所有數(shù)據(jù)本質(zhì)上都是模擬的。數(shù)字化確實允許非常復(fù)雜的處理，但隨著數(shù)據(jù)量的增加，這些操作在能源和計算方面變得越來越不可持續(xù)。如今，人們對通過專用電路（模擬協(xié)處理器）回歸模擬技術(shù)抱有極大興趣，專用電路將成為未來5G和6G無線互聯(lián)系統(tǒng)的推動者。我們的芯片就是這樣工作的。”米蘭理工大學(xué)微納米技術(shù)中心主任Andrea Melloni介紹說。

“使用光學(xué)處理器的模擬計算在許多應(yīng)用場景中至關(guān)重要，包括神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)加速器、高性能計算（HPC）和人工智能、量子計算機和密碼學(xué)、高級本地化、定位和傳感器系統(tǒng)，總的來說，需要以非常高的速度處理大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。”TeCIP研究所（電信、計算機工程和光子學(xué)研究所）的電子學(xué)教授Marc Sorel補充道。