Výskumníci vyvinuli mikrovlnný fotonický čip na ultrarýchle spracovanie signálu

Nedávno výskumný tím vedený prof. Wangom Chengom z Katedry elektrotechniky na City University of Hong Kong úspešne vyvinul špičkový čip mikrovlnnej fotoniky (MWP). Tento čip je schopný využiť optický princíp na vykonávanie ultrarýchleho spracovania a výpočtu analógového elektronického signálu.
Čip je nielen 1000-krát rýchlejší ako bežné elektronické procesory, ale spotrebuje aj menej energie. Jeho široká škála aplikácií pokrýva rôzne oblasti, ako sú bezdrôtové komunikačné systémy 5/6G, radarové systémy s vysokým rozlíšením, umelá inteligencia, počítačové videnie a spracovanie obrazu/videa.
Tím spolupracoval s Čínskou univerzitou v Hong Kongu na výskume, ktorý bol publikovaný v časopise Nature s názvom Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
S rýchlym rozšírením bezdrôtových sietí, internetu vecí (IoT) a cloudových služieb exponenciálne vzrástol dopyt po základných RF systémoch. Technológia mikrovlnnej fotoniky (MWP) ponúka efektívne riešenie týchto výziev so svojimi jedinečnými výhodami generovania, prenosu a spracovania mikrovlnných signálov pomocou optických komponentov. Integrované MWP systémy však čelia viacerým výzvam, ako je súčasná realizácia ultra-vysokorýchlostného spracovania analógového signálu, integrácia čipovej stupnice, vysoká vernosť a nízka spotreba energie.
Na riešenie týchto výziev vyvinul výskumný tím prof. Wanga Chenga nový systém MWP. Systém inovatívne integruje ultrarýchlu elektrooptickú (EO) konverziu s nízkostratovým multifunkčným spracovaním signálu na jedinom čipe, čo je úspech, ktorý sa v doterajšom výskume nikdy nedosiahol.
Tento vynikajúci výkon umožňuje integrovaný procesor MWP založený na platforme tenkovrstvového niobátu lítneho (LN). Tento motor je schopný vykonávať širokú škálu spracovania analógových signálov a výpočtových úloh. Podľa správy má tento čip nielen ultra široké spracovateľské pásmo 67 GHz, ale má aj vynikajúcu výpočtovú presnosť.
V priebehu rokov tím pracoval na výskume integrovaných LN fotonických platforiem. Stojí za zmienku, že v roku 2018 kolegovia z Harvardskej univerzity a Nokia Bell Labs vyvinuli prvý integrovaný elektrooptický modulátor na svete kompatibilný s CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) na platforme tenkovrstvového lítium niobátu (LN), ktorý položil pevný základ. základ pre súčasný prelomový výskum. Tenkovrstvový niobát lítny (LN) bol nazvaný „kremík fotoniky“ pre svoj význam v oblasti fotoniky, ktorý je porovnateľný s kremíkom v mikroelektronike.
Táto práca otvára nielen úplne novú oblasť výskumu – mikrovlnnú fotoniku z niobátu lítneho (LN), ale okrem iných výhod umožňuje aj mikrovlnné fotonické čipy s kompaktnou veľkosťou, vysokou vernosťou signálu a nízkou latenciou. Ešte dôležitejšie je, že tento prielom predstavuje nový smer pre analógové elektronické spracovanie a výpočtové motory v čipovej mierke.