光速计算：新型光子芯片正在改变无线通信

　　

　　

　　新型先进的光子芯片已经开发出来，可以优化光无线系统的光传输。这些芯片对未来的5G和6G网络至关重要，代表着向节能模拟技术的转变，在高速数据处理和通信中有着广泛的应用。资料来源:米兰理工大学

　　光无线技术的新突破以照片为特征Nic芯片有效地塑造光，改善数据传输，对未来无线网络和高速数据处理的进步至关重要。

　　光学无线可能不再有任何障碍。米兰理工大学与比萨圣安娜高等学校、格拉斯哥大学和斯坦福大学联合进行的一项研究，已在著名的《自然光子学》杂志上发表，该研究使制造光子芯片成为可能，该芯片可以用数学方法计算出光的最佳形状，以最佳地通过任何环境，甚至是未知或随时间变化的环境。

　　问题是众所周知的:光对任何形式的障碍物都很敏感，即使是很小的障碍物。例如，想想当我们透过一扇结霜的窗户看东西时，或者当我们的眼镜起雾时，我们是如何看到物体的。这种效应与光学无线系统中携带数据流的光束非常相似:信息虽然仍然存在，但却完全扭曲，极难恢复。

　　创新的照片nic芯片技术

　　在这项研究中开发的设备是用作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”出光束需要的形状，以便以最大的效率通过一般环境。这还不是全部:它们还可以产生多个重叠的光束，每个都有自己的形状，并在不相互干扰的情况下引导它们;通过这种方式，传输容量大大增加，正如下一代无线系统所要求的那样。

　　高效先进的加工

　　“我们的芯片是数学处理器，可以非常快速有效地进行光计算，几乎不消耗能源。光束是通过简单的代数运算产生的，本质上是求和和乘法，直接对光信号进行运算，并由直接集成在芯片上的微天线传输。这项技术具有许多优点:极其容易处理，高能效，以及超过5000 GHz的巨大带宽，”米兰理工大学光子器件实验室负责人Francesco Morichetti解释道。

　　转向模拟技术

　　“今天，所有的信息都是数字化的，但事实上，图像、声音和所有数据本质上都是模拟的。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。如今，通过专用电路(模拟协处理器)，人们对回归模拟技术非常感兴趣，这些电路将成为未来5G和6G无线互联系统的推动者。我们的芯片就是这样工作的，”米兰理工大学微与纳米技术中心Polifab主任Andrea Melloni说。

　　各个领域的应用

　　“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、高级定位、定位和传感器系统，以及通常需要高速处理大量数据的所有系统。”圣安娜高等学校电信、计算机工程和光子学研究所的电子学教授Marc Sorel补充道。

　　参考文献:“使用集成光子处理器确定任意光学系统的最佳通信通道”，作者:SeyedMohammad SeyedinNavadeh, mazyar Milanizadeh, Francesco Zanetto, Giorgio Ferrari, Marco Sampietro, Marc Sorel, David A. B. Miller, Andrea Melloni和Francesco Morichetti, 2023年11月23日，Nature Photonics。DOI: 10.1038 / s41566 - 023 - 01330 - w

　　这项工作是由重启研究和发展项目“未来电信系统和网络的研究和创新，使意大利更智能”共同资助的。在RESTART项目中，米兰理工大学的Andrea Melloni教授和TeCIP研究所、圣安娜比萨高等学校的Piero Castaldi教授领导了“HePIC”重点项目和“Rigoletto”结构项目，旨在开发下一代光子集成电路和光传输网络，以支持未来的6G基础设施。

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