Neue Durchbrüche in der optischen Funktechnologie nutzen photonische Chips, die Licht effektiv formen, um die Datenübertragung zu verbessern. Dies ist von entscheidender Bedeutung für zukünftige Fortschritte bei drahtlosen Netzwerken und der Hochgeschwindigkeits-Datenverarbeitung. Glasfaserfunk darf keine Hindernisse mehr haben.Eine von der Polytechnischen Universität Mailand in Zusammenarbeit mit der Sant'Anna-Schule von Pisa, der Universität Glasgow und der Stanford University durchgeführte und in der renommierten Fachzeitschrift Nature Photonics veröffentlichte Studie ermöglicht die Entwicklung eines photonischen Chips, der mathematisch die optimale Form berechnen kann, damit Licht am besten durch jede Umgebung dringen kann, auch durch unbekannte oder zeitlich variierende Umgebungen.
Ein Problem ist bekannt: Licht reagiert empfindlich auf jede Art von Hindernis, auch auf sehr kleine. Denken Sie zum Beispiel darüber nach, wie wir Objekte sehen, wenn wir durch ein vereistes Fenster schauen oder wenn unsere Brille beschlagen ist. Der Effekt ist den Lichtstrahlen, die Datenströme in optischen drahtlosen Systemen transportieren, sehr ähnlich: Die Informationen sind immer noch vorhanden, aber sie sind völlig verzerrt und extrem schwer abzurufen.
Bei den in dieser Studie entwickelten Geräten handelt es sich um kleine Siliziumchips, die als intelligente Transceiver fungieren: Sie arbeiten paarweise und können automatisch und unabhängig „berechnen“, welche Form ein Strahl haben muss, um mit maximaler Effizienz durch eine gemeinsame Umgebung zu gelangen. Das ist noch nicht alles: Sie können auch mehrere überlappende Strahlen mit jeweils eigener Form erzeugen und diese führen, ohne sich gegenseitig zu behindern; Auf diese Weise wird die Übertragungskapazität deutlich erhöht, wie sie für drahtlose Systeme der nächsten Generation erforderlich sein wird.
„Unsere Chips sind mathematische Prozessoren, die Berechnungen mit Licht sehr schnell und effizient durchführen können und dabei nahezu keine Energie verbrauchen. Die Lichtstrahlen werden durch einfache algebraische Operationen (im Wesentlichen Summationen und Multiplikationen) erzeugt, direkt auf die Lichtsignale angewendet und über direkt auf dem Chip integrierte Mikroantennen übertragen. Diese Technologie hat viele Vorteile: extrem einfache Verarbeitung, hohe Energieeffizienz und eine riesige Bandbreite von mehr als 5000 GHz.“ erklärt Francesco Morichetti, Leiter des Photonic Devices Laboratory am Politecnico di Milano.
„Heute sind alle Informationen digital, aber tatsächlich sind Bilder, Töne und alle Daten im Wesentlichen analog. Die Digitalisierung ermöglicht zwar eine sehr komplexe Verarbeitung, aber mit zunehmender Datenmenge werden diese Vorgänge in Bezug auf Energie und Rechenleistung zunehmend unhaltbar. Heutzutage besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung spezialisierter Schaltkreise (analoge Coprozessoren). Arbeit“, sagte Andrea Melloni, Direktor von Polifab, dem Zentrum für Mikro- und Nanotechnologie am Politecnico di Milano.
„Analoges Rechnen mit optischen Prozessoren ist in vielen Anwendungsszenarien von entscheidender Bedeutung, darunter mathematische Beschleuniger für neuromorphe Systeme, Hochleistungsrechnen (HPC) und künstliche Intelligenz, Quantencomputer und Kryptographie, fortgeschrittene Lokalisierung, Lokalisierungs- und Sensorsysteme und allgemein Systeme, die große Datenmengen mit sehr hohen Geschwindigkeiten verarbeiten müssen“, fügt Marc Sorel, Professor für Elektronik am TeCIP-Institut (Institut für Telekommunikation, Computertechnik und Photonik) der High School of Santa Ana hinzu.