Diagrama conceptual del PIC integrado de banda ancha autocalibrado. Crédito:Xingyuan Xu et al, Nature Photonics (2022). DOI:10.1038/s41566-022-01020-z
La investigación dirigida por las universidades de Monash y RMIT en Melbourne ha encontrado una manera de crear un circuito integrado fotónico avanzado que construya puentes entre las superautopistas de datos, revolucionando la conectividad de los chips ópticos actuales y reemplazando la óptica 3D voluminosa con una delgada rebanada de silicio.
Este desarrollo, publicado en la revista Nature Photonics , tiene la capacidad de acelerar el avance global de la inteligencia artificial y ofrece importantes aplicaciones del mundo real como:
Ya sea encendiendo un televisor o manteniendo el rumbo de un satélite, la fotónica (la ciencia de la luz) está transformando la forma en que vivimos. Los chips fotónicos pueden transformar la capacidad de procesamiento de utilidades voluminosas del tamaño de un banco en chips del tamaño de una uña.
el Dr. Mike Xu del Departamento de Ingeniería de Sistemas Eléctricos e Informáticos de la Universidad de Monash y ahora en la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Beijing, el Profesor Arthur Lowery del Departamento de Ingeniería de Sistemas Eléctricos e Informáticos de la Universidad de Monash y el Dr. Andy Boes, quien realizó esta investigación mientras estaba en RMIT.
El profesor Arnan Mitchell y el Dr. Guanghui Ren diseñaron el chip para que estuviera listo para la demostración experimental.
El investigador principal del proyecto, el profesor Arthur Lowery ARC Laureate Fellow de la Universidad de Monash, dice que este avance complementa el descubrimiento anterior del Dr. Bill Corcoran de la Universidad de Monash, quien en asociación con RMIT en 2020, desarrolló un nuevo chip de micropeine óptico que puede exprimir tres veces el tráfico. de toda la NBN a través de una sola fibra óptica, considerada como la velocidad de Internet más rápida del mundo con un solo chip del tamaño de una uña.
El chip de micropeine óptico construyó varios carriles de la supercarretera; ahora el chip de autocalibración ha creado las rampas de entrada y salida y los puentes que los conectan a todos y permiten un mayor movimiento de datos.
"Hemos demostrado un chip de filtro fotónico programable con autocalibración, que cuenta con un núcleo de procesamiento de señales y una ruta de referencia integrada para la autocalibración", explica el profesor Lowery.
"La autocalibración es importante porque hace que los circuitos integrados fotónicos sintonizables sean útiles en el mundo real; las aplicaciones incluyen sistemas de comunicaciones ópticas que cambian las señales a destinos en función de su color, cálculos muy rápidos de similitud (correladores), instrumentación científica para análisis químico o biológico. e incluso astronomía.
"La electrónica experimentó mejoras similares en la estabilidad de los filtros de radio usando técnicas digitales, lo que llevó a que muchos móviles pudieran compartir la misma parte del espectro; nuestros chips ópticos tienen arquitecturas similares, pero pueden operar con señales con anchos de banda de terahercios".
Este avance ha tardado tres años en realizarse.
Las nuevas tecnologías que dependen de Internet, como los automóviles autónomos, la minería controlada a distancia y los equipos médicos, requerirán un ancho de banda aún mayor y más rápido en el futuro. El aumento del ancho de banda no se trata solo de mejorar las fibras ópticas por las que viaja Internet, se trata de proporcionar conmutadores compactos de muchos colores, en muchas direcciones, para que los datos se puedan enviar por muchos canales a la vez.
"Esta investigación es un gran avance:nuestra tecnología fotónica ahora es lo suficientemente avanzada como para poder integrar sistemas realmente complejos en un solo chip. La idea de que un dispositivo puede tener un sistema de referencia en el chip que permite que todos sus componentes funcionen como uno solo es un avance tecnológico que nos permitirá abordar los problemas de cuello de botella de Internet al reconfigurar rápidamente las redes ópticas que transportan nuestro Internet para obtener datos donde más se necesitan", dice el profesor Arnan Mitchell de InPAC.
Los circuitos fotónicos pueden manipular y enrutar canales ópticos de información, pero también pueden proporcionar cierta capacidad computacional, por ejemplo, buscando patrones. La búsqueda de patrones es fundamental para muchas aplicaciones:diagnóstico médico, vehículos autónomos, seguridad en Internet, identificación de amenazas y algoritmos de búsqueda.
La reprogramación rápida y fiable de los chips permite programar nuevas tareas de búsqueda con rapidez y precisión. Sin embargo, esta fabricación debe ser precisa en el grado de una diminuta longitud de onda de luz (nanómetros), lo que actualmente es difícil y extremadamente costoso; la autocalibración supera este problema.
Un desafío clave de la investigación fue integrar todas las funciones ópticas en un dispositivo que pudiera "conectarse" a la infraestructura existente.
"Nuestra solución es calibrar los chips después de la fabricación, para ajustarlos utilizando una referencia en el chip, en lugar de utilizar un equipo externo", dice el profesor Lowery, miembro de ARC Laureate. "Usamos la belleza de la causalidad, el efecto sigue a la causa, que dicta que los retrasos ópticos de las rutas a través del chip se pueden deducir únicamente de la intensidad frente a la longitud de onda, que es mucho más fácil de medir que los retrasos de tiempo precisos. Hemos agregado un fuerte ruta de referencia a nuestro chip y lo calibró. Esto nos da todas las configuraciones requeridas para 'marcar' y la función de conmutación o respuesta espectral deseada".
El método es un paso crítico para hacer que los chips fotónicos sean prácticamente útiles. En lugar de buscar una configuración, similar a sintonizar una radio antigua, los investigadores pudieron sintonizar el chip en un solo paso, lo que permitió el cambio rápido y confiable de flujos de datos de un destino a otro.
La sintonización confiable de chips fotónicos abre muchas otras aplicaciones, como correladores ópticos, que pueden encontrar patrones de datos casi instantáneamente en flujos de datos, como imágenes, algo en lo que el grupo también ha estado trabajando.
"A medida que integramos más y más equipos del tamaño de un banco en chips del tamaño de una uña, se vuelve cada vez más difícil hacer que todos trabajen juntos para lograr la velocidad y la función que tenían cuando eran más grandes. Superamos este desafío creando un chip que fue lo suficientemente inteligente como para calibrarse a sí mismo para que todos los componentes pudieran actuar a la velocidad que necesitaban al unísono", dice el Dr. Andy Boes de la Universidad de Adelaida. Dar forma a señales de radio usando luz
