最佳光形狀的光子芯片成為了可能

光對任何形式的障礙物都很敏感——即使是很小的障礙物，也會阻擋它的傳播。這種效應(yīng)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，極難恢復(fù)。

近期，米蘭理工大學(xué)與比薩圣安娜高等學(xué)校、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，使得制造出能夠通過數(shù)學(xué)計(jì)算最佳光形狀的光子芯片成為了可能。這些光子芯片可以通過任何環(huán)境，甚至是未知或隨時間變化的環(huán)境，最終優(yōu)化“任何環(huán)境”下的光輪廓。

這項(xiàng)工作發(fā)表在《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）的一篇論文中。

最小尺寸，最大效率

米蘭領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究開發(fā)的設(shè)備是——用作智能收發(fā)器的小型硅芯片。他們結(jié)對工作，可以自動獨(dú)立地計(jì)算出一束光需要什么樣的形狀才能以最大的效率通過一般環(huán)境。

它們還可以產(chǎn)生多個重疊的光束，每個都有自己的形狀，并在不相互干擾的情況下引導(dǎo)它們；通過這種方式，傳輸容量大大增加，正如下一代無線通信系統(tǒng)所要求的那樣。

米蘭理工大學(xué)光子器件實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Francesco Morichetti評論稱：“我們的芯片是數(shù)學(xué)處理器，可以非?？焖儆行У剡M(jìn)行光計(jì)算，幾乎不消耗能量。”

“光束是通過簡單的代數(shù)運(yùn)算產(chǎn)生的，本質(zhì)上是求和和乘法，直接對光信號進(jìn)行運(yùn)算，并由集成在芯片上的微天線傳輸。這項(xiàng)技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)：極其容易處理，高能效，擁有超過5000 GHz的巨大帶寬。”

米蘭理工大學(xué)微與納米技術(shù)中心Polifab主任Andrea Melloni表示：“如今，所有的信息都是數(shù)字化的。但事實(shí)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(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)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)算方面變得越來越不可持續(xù)。通過專用電路（模擬協(xié)處理器），人們對回歸模擬技術(shù)非常感興趣，這將成為未來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。”

圣安娜高等學(xué)校TeCIP研究所電子學(xué)教授Marc Sorel表示：“使用光學(xué)處理器的模擬計(jì)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(jì)算和人工智能、量子計(jì)算機(jī)和密碼學(xué)、高級定位、定位和傳感器系統(tǒng)，以及在所有需要高速處理大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中?！?/p>

審核編輯：黃飛