可以用光子芯片計(jì)算下一代無(wú)線系統(tǒng)的最佳光形嗎？

光學(xué)無(wú)線技術(shù)可能不再有任何障礙。米蘭理工大學(xué)與比薩圣安娜高等學(xué)院、格拉斯哥大學(xué)和斯坦福大學(xué)共同進(jìn)行的一項(xiàng)研究使創(chuàng)建光子芯片成為可能，該芯片可以通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算出光的最佳形狀，以最好地穿過(guò)任何環(huán)境，甚至是未知或隨時(shí)間變化的環(huán)境。該研究成果發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上。

眾所周知，光對(duì)任何形式的障礙物都很敏感，即使是極小的障礙物。例如，當(dāng)我們透過(guò)磨砂玻璃或只是當(dāng)我們的眼鏡起霧時(shí)，我們?nèi)绾慰吹轿矬w。這種效應(yīng)在光無(wú)線系統(tǒng)中攜帶數(shù)據(jù)流的光束上非常相似：信息雖然仍然存在，但完全被扭曲，極難檢索。

這項(xiàng)研究中開發(fā)的設(shè)備是作為智能收發(fā)器的小型硅芯片：它們成對(duì)工作，可以自動(dòng)獨(dú)立地“計(jì)算”光束需要什么形狀才能以最大效率通過(guò)一般環(huán)境。不僅如此，它們還可以產(chǎn)生多個(gè)重疊的光束，每個(gè)都有自己的形狀，并且可以在不相互干擾的情況下引導(dǎo)它們；通過(guò)這種方式，傳輸容量顯著增加，正如下一代無(wú)線系統(tǒng)所要求的那樣。

米蘭理工大學(xué)光子器件實(shí)驗(yàn)室主任Francesco Morichetti解釋道：“我們的芯片是數(shù)學(xué)處理器，它能夠非?？焖儆行У乩霉膺M(jìn)行計(jì)算，幾乎不消耗任何能量。光束是通過(guò)簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算產(chǎn)生的，基本上是求和和乘法運(yùn)算，直接在光信號(hào)上執(zhí)行，并通過(guò)直接集成在芯片上的微天線傳輸。這項(xiàng)技術(shù)提供了許多優(yōu)點(diǎn)：極容易處理、高能效、超過(guò)5000 GHz的巨大帶寬?！?/p>

米蘭理工大學(xué)微納米技術(shù)中心Polifab主任Andrea Melloni說(shuō)：“今天，所有的信息都是數(shù)字化的，但事實(shí)上，圖像、聲音和所有的數(shù)據(jù)都是模擬的。數(shù)字化確實(shí)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(jì)算方面變得越來(lái)越不可持續(xù)。今天，人們非常有興趣通過(guò)專用電路（模擬協(xié)同處理器）回歸模擬技術(shù)，這些電路將成為未來(lái)5G和6G無(wú)線互連系統(tǒng)的推動(dòng)者。我們的芯片就是這樣工作的?！?/p>

圣安娜高等學(xué)院TeCIP研究所（電信、計(jì)算機(jī)工程和光子學(xué)研究所）電子學(xué)教授Marc Sorel補(bǔ)充道：“使用光學(xué)處理器的模擬計(jì)算在許多應(yīng)用場(chǎng)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(jì)算（HPC）和人工智能、量子計(jì)算機(jī)和密碼學(xué)、先進(jìn)的本地化、定位和傳感器系統(tǒng)，以及通常需要以非常高的速度處理大量數(shù)據(jù)的所有系統(tǒng)”。

審核編輯：劉清