Nieuwe doorbraken in optische draadloze technologie maken gebruik van fotonische chips die licht effectief vormgeven om de gegevensoverdracht te verbeteren. Dit is cruciaal voor toekomstige ontwikkelingen op het gebied van draadloze netwerken en snelle gegevensverwerking. Glasvezel draadloos mag geen obstakels meer hebben.Een studie uitgevoerd door de Polytechnische Universiteit van Milaan in samenwerking met de Sant'Anna School van Pisa, de Universiteit van Glasgow en Stanford University, en gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Nature Photonics, maakt het mogelijk een fotonische chip te creëren die wiskundig de optimale vorm kan berekenen die licht het beste door elke omgeving kan passeren, zelfs onbekende of tijdsvariërende omgevingen.
Eén probleem is bekend: licht is gevoelig voor elke vorm van obstructie, zelfs voor hele kleine. Denk bijvoorbeeld eens na over hoe we voorwerpen zien als we door een bevroren raam kijken of als onze bril beslagen is. Het effect lijkt sterk op de lichtbundels die datastromen in optische draadloze systemen transporteren: de informatie is er nog steeds, maar is volledig vervormd en uiterst moeilijk te achterhalen.
De apparaten die in dit onderzoek zijn ontwikkeld, zijn kleine siliciumchips die fungeren als slimme zendontvangers: door in paren te werken, kunnen ze automatisch en onafhankelijk 'berekenen' welke vorm een straal moet hebben om met maximale efficiëntie door een gemeenschappelijke omgeving te gaan. Dat is nog niet alles: ze kunnen ook meerdere overlappende balken genereren, elk met hun eigen vorm, en deze geleiden zonder elkaar te hinderen; op deze manier wordt de transmissiecapaciteit aanzienlijk vergroot, zoals vereist zal zijn voor draadloze systemen van de volgende generatie.
"Onze chips zijn wiskundige processors die heel snel en efficiënt berekeningen met licht kunnen uitvoeren, waarbij ze vrijwel geen energie verbruiken. De lichtbundels worden gegenereerd door eenvoudige algebraïsche bewerkingen (hoofdzakelijk optellingen en vermenigvuldigingen), rechtstreeks op de lichtsignalen uitgevoerd en verzonden via micro-antennes die rechtstreeks op de chip zijn geïntegreerd. Deze technologie heeft veel voordelen: uiterst eenvoudige verwerking, hoge energie-efficiëntie en een enorme bandbreedte van meer dan 5000 GHz." legt Francesco Morichetti uit, hoofd van het Photonic Devices Laboratory bij Politecnico di Milano.
"Tegenwoordig is alle informatie digitaal, maar in feite zijn beelden, geluiden en alle gegevens in wezen analoog. Digitalisering maakt zeer complexe verwerking mogelijk, maar naarmate de hoeveelheid gegevens toeneemt, worden deze operaties steeds onhoudbaarder in termen van energie en computergebruik. Tegenwoordig is er een groeiende belangstelling voor het gebruik van gespecialiseerde circuits (analoge coprocessors). Er is grote belangstelling voor een terugkeer naar analoge technologie, en speciale circuits zullen de drijvende krachten zijn achter toekomstige 5G- en 6G-draadloze interconnectiesystemen. Zo zijn onze chips werk”, zegt Andrea Melloni, directeur van Polifab, het Centrum voor Micro- en Nanotechnologie bij Politecnico di Milano.
"Analoog computergebruik met behulp van optische processors is cruciaal in veel toepassingsscenario's, waaronder wiskundige versnellers voor neuromorfe systemen, high-performance computing (HPC) en kunstmatige intelligentie, kwantumcomputers en cryptografie, geavanceerde lokalisatie-, lokalisatie- en sensorsystemen en, in het algemeen, systemen die grote hoeveelheden gegevens met zeer hoge snelheden moeten verwerken", voegt Marc Sorel, hoogleraar elektronica aan het TeCIP Institute (Institute of Telecommunications, Computer Engineering and Photonics) van de High School of Santa Ana toe.