Neuer photonischer Chip kann die beste Lichtform berechnen

Licht reagiert empfindlich auf Hindernisse jeglicher Art – selbst kleine können seine Ausbreitung blockieren. Dieser Effekt ist dem eines Strahls, der einen Datenstrom in einem optischen drahtlosen System überträgt, sehr ähnlich: Die Informationen sind zwar noch vorhanden, aber völlig verzerrt und äußerst schwer wiederherzustellen.
Eine aktuelle Studie des Politecnico di Milano zusammen mit dem Istituto Superiore Sant'Anna di Pisa, der University of Glasgow und der Stanford University hat es ermöglicht, photonische Chips zu entwickeln, die in der Lage sind, die optimale Lichtform mathematisch zu berechnen. Diese photonischen Chips können jede Umgebung durchdringen, auch unbekannte oder zeitlich variierende, und letztendlich das Lichtprofil in „jeder Umgebung“ optimieren.
Die Arbeit wurde in einem Artikel in Nature Photonics veröffentlicht.
Minimale Größe, maximale Effizienz
Milan leitete die Forschung, die zur Entwicklung der Geräte führte – kleine Siliziumchips, die als intelligente Transceiver fungieren. In Paaren können sie automatisch und unabhängig herausfinden, welche Form ein Lichtstrahl haben muss, um die allgemeine Umgebung mit maximaler Effizienz zu durchdringen.
Sie können auch mehrere überlappende Strahlen mit jeweils eigener Form erzeugen und diese lenken, ohne sich gegenseitig zu stören; Auf diese Weise wird die Übertragungskapazität erheblich erhöht, wie sie für drahtlose Kommunikationssysteme der nächsten Generation erforderlich ist.
Francesco Morichetti, Leiter des Photonic Devices Laboratory am Politecnico di Milano, kommentierte: „Unsere Chips sind mathematische Prozessoren, die optische Berechnungen sehr schnell und effizient durchführen und dabei fast keine Energie verbrauchen.“
„Die Lichtstrahlen werden durch einfache algebraische Operationen, im Wesentlichen Summen und Multiplikationen, erzeugt, die direkt auf die optischen Signale angewendet und von auf dem Chip integrierten Mikroantennen übertragen werden. Diese Technologie hat viele Vorteile: extrem einfach zu handhaben, sehr energieeffizient.“ , mit einer riesigen Bandbreite von mehr als 5,000 GHz.“
Andrea Melloni, Direktor von Polifab, dem Zentrum für Mikro- und Nanotechnologie am Politecnico di Milano, sagte: „Heutzutage sind alle Informationen digital. Tatsache ist jedoch, dass Bilder, Töne und alle Daten im Wesentlichen analog sind. Die Digitalisierung ermöglicht eine sehr komplexe Verarbeitung. Mit zunehmender Datenmenge werden diese Vorgänge jedoch in Bezug auf Energie und Rechenleistung zunehmend unhaltbar. Es besteht großes Interesse an der Rückkehr zur analogen Technologie durch dedizierte Schaltkreise (analoge Coprozessoren), die die Grundlage für die zukünftige drahtlose 5G- und 6G-Technologie bilden werden vernetzte Systeme. So funktionieren unsere Chips.“
Marc Sorel, Professor für Elektronik am TeCIP Institute of Higher Education in Santa Ana, sagte: „Analoges Rechnen mit optischen Prozessoren ist in vielen Anwendungsszenarien von entscheidender Bedeutung, darunter mathematische Gaspedale für neuromorphe Systeme, Hochleistungsrechnen und künstliche Intelligenz sowie Quantencomputer.“ und Kryptographie, fortschrittliche Positionierungs-, Lokalisierungs- und Sensorsysteme sowie in allen Systemen, die eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung großer Datenmengen erfordern.“