Chip quang tử tự hiệu chỉnh đầu tiên trên thế giới: Một vật trao đổi cho các siêu xa lộ dữ liệu quang học

Chip quang tử tự hiệu chỉnh đầu tiên trên thế giới: Một vật trao đổi cho các siêu xa lộ dữ liệu quang học

    [Vui lòng đăng ký trang Youtube của Pacific Group tại

    https://www.youtube.com/channel/UCAxje1GxiUpZD6MEcR0f5Jg/videos

    Chúng tôi có các buổi chia sẻ về kinh doanh thực tế hàng tuần]

    Chip quang tử tự hiệu chỉnh đầu tiên trên thế giới: Một vật trao đổi cho các siêu xa lộ dữ liệu quang học

    World first self-calibrated photonic chip: An interchange for optical data superhighways

    Sơ đồ khái niệm về PIC băng rộng tích hợp tự hiệu chuẩn. Nhà cung cấp hình ảnh: Xingyuan Xu et al, Nature Photonics (2022). DOI: 10.1038 / s41566-022-01020-z

    Nghiên cứu do Đại học Monash và RMIT ở Melbourne dẫn đầu đã tìm ra cách tạo ra một mạch tích hợp quang tử tiên tiến giúp xây dựng cầu nối giữa các siêu xa lộ dữ liệu, cách mạng hóa khả năng kết nối của các chip quang học hiện tại và thay thế quang học 3D cồng kềnh bằng một miếng silicon mỏng.

    Sự phát triển này, được công bố trên tạp chí Nature Photonics, có khả năng đẩy nhanh tốc độ phát triển toàn cầu của trí tuệ nhân tạo và cung cấp các ứng dụng quan trọng trong thế giới thực như:

    Xe ô tô không người lái an toàn hơn có khả năng giải thích môi trường xung quanh ngay lập tức
    Bật AI để chẩn đoán các tình trạng y tế nhanh chóng hơn
    Giúp xử lý ngôn ngữ tự nhiên nhanh hơn cho các ứng dụng như Google Homes, Alexa và Siri
    Các thiết bị chuyển mạch nhỏ hơn để định cấu hình lại các mạng quang mang internet của chúng tôi để nhận dữ liệu ở những nơi cần nhanh hơn
    Cho dù đó là bật TV hay giữ vệ tinh luôn bật, quang tử (khoa học về ánh sáng) đang biến đổi cách chúng ta sống. Các chip quang tử có thể chuyển đổi khả năng xử lý của các tiện ích có kích thước băng ghế dự bị cồng kềnh thành các chip có kích thước bằng móng tay.

    Tiến sĩ Mike Xu từ Khoa Kỹ thuật Hệ thống Máy tính và Điện của Đại học Monash và hiện tại Đại học Bưu chính Viễn thông Bắc Kinh, Giáo sư Arthur Lowery từ Khoa Kỹ thuật Hệ thống Máy tính và Điện của Đại học Monash, và Tiến sĩ Andy Boes, người đã thực hiện nghiên cứu này khi ở RMIT.

    Giáo sư Arnan Mitchell và Tiến sĩ Guanghui Ren đã thiết kế con chip để nó sẵn sàng cho cuộc thử nghiệm.

    Điều tra viên chính của dự án, Giáo sư Arthur Lowery thuộc Đại học Monash, ARC Laureate, cho biết bước đột phá này bổ sung cho phát hiện trước đó của Tiến sĩ Bill Corcoran của Đại học Monash, người hợp tác với RMIT vào năm 2020, đã phát triển một chip microcomb quang học mới có thể tăng gấp ba lần lưu lượng truy cập của toàn bộ NBN thông qua một sợi quang duy nhất, được coi là tốc độ internet nhanh nhất thế giới từ một con chip nhỏ bằng móng tay.

    Chip microcomb quang học đã xây dựng nhiều làn đường của siêu xa lộ; giờ đây, chip tự hiệu chỉnh đã tạo ra các đường dốc và cầu nối bật và tắt kết nối tất cả chúng và cho phép chuyển động dữ liệu lớn hơn.

    Giáo sư Lowery giải thích: “Chúng tôi đã chứng minh một chip lọc quang tử có thể lập trình tự hiệu chỉnh, có lõi xử lý tín hiệu và một đường dẫn tham chiếu tích hợp để tự hiệu chuẩn,” Giáo sư Lowery giải thích.

    "Tự hiệu chuẩn rất quan trọng vì nó làm cho các mạch tích hợp quang tử có thể điều chỉnh được hữu ích trong thế giới thực; các ứng dụng bao gồm hệ thống truyền thông quang học chuyển tín hiệu đến các điểm đến dựa trên màu sắc của chúng, tính toán rất nhanh về độ tương đồng (bộ tương quan), thiết bị khoa học để phân tích hóa học hoặc sinh học , và thậm chí cả thiên văn học.

    "Điện tử đã chứng kiến ​​những cải tiến tương tự về độ ổn định của các bộ lọc vô tuyến sử dụng kỹ thuật số, dẫn đến nhiều điện thoại di động có thể chia sẻ cùng một đoạn phổ; các chip quang của chúng tôi có kiến ​​trúc tương tự, nhưng có thể hoạt động trên các tín hiệu có băng thông terahertz."

    Bước đột phá này đã được ba năm thực hiện.

    Các công nghệ mới dựa vào internet như ô tô tự lái, thiết bị khai thác được điều khiển từ xa và thiết bị y tế sẽ đòi hỏi băng thông nhanh hơn và tăng lên trong tương lai. Tăng băng thông không chỉ là cải thiện các sợi quang mà internet của chúng ta đi qua, mà còn là cung cấp các thiết bị chuyển mạch nhỏ gọn với nhiều màu sắc, đi nhiều hướng, vì vậy dữ liệu có thể được gửi xuống nhiều kênh cùng một lúc.

    "Nghiên cứu này là một bước đột phá lớn — công nghệ quang tử của chúng tôi hiện đã đủ tiên tiến để các hệ thống thực sự phức tạp có thể được tích hợp trên một con chip. Ý tưởng rằng một thiết bị có thể có hệ thống tham chiếu trên chip cho phép tất cả các thành phần của nó hoạt động như một Giáo sư Arnan Mitchell từ InPAC cho biết là một bước đột phá công nghệ sẽ cho phép chúng tôi giải quyết các vấn đề về nút cổ chai bằng cách cấu hình lại nhanh chóng các mạng quang mang internet của chúng tôi để lấy dữ liệu ở những nơi cần thiết nhất.

    Các mạch quang tử có thể điều khiển và định tuyến các kênh thông tin quang học, nhưng chúng cũng có thể cung cấp một số khả năng tính toán, chẳng hạn như tìm kiếm các mẫu. Tìm kiếm mẫu là cơ bản cho nhiều ứng dụng: chẩn đoán y tế, xe tự hành, bảo mật internet, xác định mối đe dọa và thuật toán tìm kiếm.

    Việc lập trình lại chip nhanh chóng và đáng tin cậy cho phép lập trình các tác vụ tìm kiếm mới một cách nhanh chóng và chính xác. Tuy nhiên, quá trình sản xuất này cần phải chính xác đến mức độ của bước sóng ánh sáng cực nhỏ (nanomet), hiện nay rất khó và cực kỳ tốn kém - việc tự hiệu chuẩn sẽ khắc phục được vấn đề này.

    Một thách thức quan trọng của nghiên cứu là tích hợp tất cả các chức năng quang học vào một thiết bị có thể được "cắm" vào cơ sở hạ tầng hiện có hình ảnh.

    "Giải pháp của chúng tôi là hiệu chỉnh các chip sau khi sản xuất, hiệu chỉnh chúng bằng cách sử dụng tham chiếu trên chip, thay vì sử dụng thiết bị bên ngoài", Giáo sư Lowery, một thành viên ARC Laureate cho biết. "Chúng tôi sử dụng vẻ đẹp của quan hệ nhân quả, tác động theo sau nguyên nhân, điều này cho thấy độ trễ quang học của các đường dẫn qua chip có thể được suy ra duy nhất từ ​​cường độ so với bước sóng, điều này dễ đo hơn nhiều so với độ trễ thời gian chính xác. Chúng tôi đã bổ sung thêm đường dẫn tham chiếu đến chip của chúng tôi và hiệu chỉnh nó. Điều này cung cấp cho chúng tôi tất cả các cài đặt cần thiết để 'quay số' và chức năng chuyển đổi mong muốn hoặc phản hồi quang phổ. "

    Phương pháp này là một bước quan trọng để làm cho các chip quang tử trở nên hữu ích thực tế. Thay vì tìm kiếm một cài đặt, giống như điều chỉnh trên một chiếc radio cũ, các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh chip trong một bước, cho phép chuyển các luồng dữ liệu từ đích này sang đích khác một cách nhanh chóng và đáng tin cậy.

    Việc điều chỉnh đáng tin cậy các chip quang tử mở ra nhiều ứng dụng khác, chẳng hạn như bộ tương quan quang học, có thể gần như ngay lập tức tìm thấy các mẫu dữ liệu trong các luồng dữ liệu, chẳng hạn như hình ảnh — điều mà nhóm cũng đang nghiên cứu.

    "Khi chúng tôi tích hợp ngày càng nhiều thiết bị có kích thước bằng bàn ghế vào những con chip có kích thước bằng móng tay, càng ngày càng khó để tất cả chúng làm việc cùng nhau để đạt được tốc độ và chức năng như khi chúng lớn hơn. Chúng tôi đã vượt qua thách thức này bằng cách tạo ra Tiến sĩ Andy Boes từ Đại học Adelaide cho biết một con chip đủ thông minh để tự hiệu chỉnh để tất cả các thành phần có thể hoạt động ở tốc độ chúng cần thiết.

    Zalo
    Hotline