澳大利亚团队打造出首款自校准光子芯片，或将颠覆数据传输

2022-07-11 16:49

澳大利亚莫纳什大学(Monash university)和墨尔本皇家理工大学(RMIT university)的研究人员宣布，他们领导了一个开发先进光子集成电路(PIC)的项目，该项目可以在数据“高速公路”之间架起桥梁。该团队表示，这将彻底改变当前光学芯片的连接方式，并用硅片薄片取代笨重的3D光学。日前，该研究发表在《自然·光子学》(Nature Photonics)杂志上。

澳大利亚团队打造出首个可实现“自我校准”的光子芯片

（图片来源：莫纳什大学官网）

据介绍，该成果将有望推动一系列的关键应用，包括：

- 更安全的无人驾驶汽车能够即时解读周围环境。

- 使人工智能能够更快速地诊断医疗状况。

- 让谷歌Homes、Alexa和Siri等应用的自然语言处理速度更快。

- 更小的交换机，用于重新配置承载互联网的光网络，以便更快地在需要的地方获取数据。

据莫纳什大学电气与计算机系统工程系的Arthur Lowery教授表示，他们已经演示了一种自校准可编程光子滤波器芯片，该芯片具有一个信号处理核心和一个用于自校准的综合参考路径。据悉，在相位调谐元件之间存在热串扰的情况下，这种芯片可以完全控制其复杂的脉冲响应。

该项目的首席研究员亚瑟·洛厄里（Arthur Lowery）教授表示，这一突破补充了莫纳什大学Bill Corcoran博士之前的发现。据介绍，Bill Corcoran博士在2020年与墨尔本皇家理工大学合作，开发了一种新的光学微梳芯片，可以将流量压缩三倍通过单根光纤覆盖整个光纤网络（NBN），被认为是从一个指甲大小的芯片上实现的全球最快互联网传输速率。

用于重新配置光网络的更小的交换机承载着我们的互联网，以便在需要的地方更快地获取数据，而光学微梳芯片在数据高速公路上建造了多条“车道”。目前，自校准芯片已经创建了连接所有车道的上下行“匝道”和“桥梁”，并能够实现更大容量的数据移动。

自我校准技术意义重大，因为它使得可调谐光子集成电路在现实世界中能够发挥真正的应用价值。其应用包括根据颜色将信号切换到目的地的光通信系统、非常快速的相似性计算（相关器）、用于化学或生物分析甚至天文学的科学仪器。

研究团队介绍称：“电子技术在使用数字技术的无线电滤波器的稳定性方面也看到了类似的改进，这导致许多手机能够共享相同的频谱：我们的光学芯片有类似的架构，但可以在太赫兹带宽的信号上工作。”

自动驾驶汽车、远程控制采矿和医疗设备等依赖互联网的新技术，未来将需要更快、更大的带宽。而带宽的增加，不仅仅能够改善我们的互联网传输所使用的光纤，还包括提供紧凑的多种颜色、多种方向的开关，这样数据就可以同时传输到多个通道。

上述研究带来了一个重大突破，该研究团队的光子技术现在足够先进，能够将真正复杂的系统成功集成在一个芯片上。来自墨尔本InPAC的Arnan Mitchell教授表示：“设备可以有一个片上参考系统，允许所有组件作为一个整体工作，这是一项技术突破，我们因而可以通过快速重新配置传输互联网的光网络来解决互联网瓶颈问题，从而在最需要数据的地方获取数据。”

光子电路能够操纵和路由信息的光通道，但它们也可以提供一些计算能力。模式搜索是许多应用的基础，从医疗诊断、自动驾驶汽车，到互联网安全、威胁识别和搜索算法。

这项研究的一个关键挑战是将所有的光学功能集成到一个可以插入现有基础设施的设备上。研究人员表示：“我们的解决方案是在芯片制造后进行校准，通过使用芯片上的参考，而不是使用外部设备来有效地调整它们。”

光子芯片的可靠调谐开辟了许多其他应用，比如光学相关器，它几乎可以在瞬间发现数据流中的数据模式，比如图像——这也是该团队一直在研究的问题。