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澳大利亞莫納什大學(xué)(Monash university)和墨爾本皇家理工大學(xué)(RMIT university)的研究人員宣布，他們領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)開發(fā)先進(jìn)光子集成電路(PIC)的項(xiàng)目，該項(xiàng)目可以在數(shù)據(jù)“高速公路”之間架起橋梁。該團(tuán)隊(duì)表示，這將徹底改變當(dāng)前光學(xué)芯片的連接方式，并用硅片薄片取代笨重的3D光學(xué)。日前，該研究發(fā)表在《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志上。
據(jù)介紹，該成果將有望推動(dòng)一系列的關(guān)鍵應(yīng)用，包括：
- 更安全的無人駕駛汽車能夠即時(shí)解讀周圍環(huán)境。
- 使人工智能能夠更快速地診斷醫(yī)療狀況。
- 讓谷歌Homes、Alexa和Siri等應(yīng)用的自然語言處理速度更快。
- 更小的交換機(jī)，用于重新配置承載互聯(lián)網(wǎng)的光網(wǎng)絡(luò)，以便更快地在需要的地方獲取數(shù)據(jù)。
據(jù)莫納什大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程系的Arthur Lowery教授表示，他們已經(jīng)演示了一種自校準(zhǔn)可編程光子濾波器芯片，該芯片具有一個(gè)信號(hào)處理核心和一個(gè)用于自校準(zhǔn)的綜合參考路徑。據(jù)悉，在相位調(diào)諧元件之間存在熱串?dāng)_的情況下，這種芯片可以完全控制其復(fù)雜的脈沖響應(yīng)。
該項(xiàng)目的首席研究員亞瑟·洛厄里(Arthur Lowery)教授表示，這一突破補(bǔ)充了莫納什大學(xué)Bill Corcoran博士之前的發(fā)現(xiàn)。據(jù)介紹，Bill Corcoran博士在2020年與墨爾本皇家理工大學(xué)合作，開發(fā)了一種新的光學(xué)微梳芯片，可以將流量壓縮三倍通過單根光纖覆蓋整個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)(NBN)，被認(rèn)為是從一個(gè)指甲大小的芯片上實(shí)現(xiàn)的全球最快互聯(lián)網(wǎng)傳輸速率。
用于重新配置光網(wǎng)絡(luò)的更小的交換機(jī)承載著我們的互聯(lián)網(wǎng)，以便在需要的地方更快地獲取數(shù)據(jù)，而光學(xué)微梳芯片在數(shù)據(jù)高速公路上建造了多條“車道”。目前，自校準(zhǔn)芯片已經(jīng)創(chuàng)建了連接所有車道的上下行“匝道”和“橋梁”，并能夠?qū)崿F(xiàn)更大容量的數(shù)據(jù)移動(dòng)。
自我校準(zhǔn)技術(shù)意義重大，因?yàn)樗沟每烧{(diào)諧光子集成電路在現(xiàn)實(shí)世界中能夠發(fā)揮真正的應(yīng)用價(jià)值。其應(yīng)用包括根據(jù)顏色將信號(hào)切換到目的地的光通信系統(tǒng)、非?？焖俚南嗨菩杂?jì)算(相關(guān)器)、用于化學(xué)或生物分析甚至天文學(xué)的科學(xué)儀器。
研究團(tuán)隊(duì)介紹稱：“電子技術(shù)在使用數(shù)字技術(shù)的無線電濾波器的穩(wěn)定性方面也看到了類似的改進(jìn)，這導(dǎo)致許多手機(jī)能夠共享相同的頻譜：我們的光學(xué)芯片有類似的架構(gòu)，但可以在太赫茲帶寬的信號(hào)上工作。”
自動(dòng)駕駛汽車、遠(yuǎn)程控制采礦和醫(yī)療設(shè)備等依賴互聯(lián)網(wǎng)的新技術(shù)，未來將需要更快、更大的帶寬。而帶寬的增加，不僅僅能夠改善我們的互聯(lián)網(wǎng)傳輸所使用的光纖，還包括提供緊湊的多種顏色、多種方向的開關(guān)，這樣數(shù)據(jù)就可以同時(shí)傳輸?shù)蕉鄠€(gè)通道。
上述研究帶來了一個(gè)重大突破，該研究團(tuán)隊(duì)的光子技術(shù)現(xiàn)在足夠先進(jìn)，能夠?qū)⒄嬲龔?fù)雜的系統(tǒng)成功集成在一個(gè)芯片上。來自墨爾本InPAC的Arnan Mitchell教授表示：“設(shè)備可以有一個(gè)片上參考系統(tǒng)，允許所有組件作為一個(gè)整體工作，這是一項(xiàng)技術(shù)突破，我們因而可以通過快速重新配置傳輸互聯(lián)網(wǎng)的光網(wǎng)絡(luò)來解決互聯(lián)網(wǎng)瓶頸問題，從而在最需要數(shù)據(jù)的地方獲取數(shù)據(jù)。”
光子電路能夠操縱和路由信息的光通道，但它們也可以提供一些計(jì)算能力。模式搜索是許多應(yīng)用的基礎(chǔ)，從醫(yī)療診斷、自動(dòng)駕駛汽車，到互聯(lián)網(wǎng)安全、威脅識(shí)別和搜索算法。
這項(xiàng)研究的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是將所有的光學(xué)功能集成到一個(gè)可以插入現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備上。研究人員表示：“我們的解決方案是在芯片制造后進(jìn)行校準(zhǔn)，通過使用芯片上的參考，而不是使用外部設(shè)備來有效地調(diào)整它們。”
光子芯片的可靠調(diào)諧開辟了許多其他應(yīng)用，比如光學(xué)相關(guān)器，它幾乎可以在瞬間發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)模式，比如圖像——這也是該團(tuán)隊(duì)一直在研究的問題。
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