新型光子芯片提升傳輸容量

意大利米蘭理工大學與比薩聖安娜大學、英國格拉斯哥大學和美國斯坦福大學的科學家早前攜手開發出一款新型光子芯片，可計算出光的最佳形狀，從而使其以最佳效率穿過任何環境，即使是未知或者隨時間而變化的環境，有望應用於下一代無線系統。

光子芯片被認為是“後摩爾時代”信息領域發展的核心技術之一。與電子相比，光子作為信息載體具有先天的優勢，即超高速度、超強的並行性、超高頻寬、超低損耗。光子能夠對現有的電子芯片性能進行大幅度提升，解決電子芯片解決不了的功耗、訪存能力和計算機整體性能等難題。科學家指出，光對任何形式的障礙物都很敏感，即使是很小的障礙物。例如，當人們透過磨砂玻璃或起霧眼鏡看物體時，就會模糊難辨。這種影響與光無線系統中攜帶數據流的光束非常相似：信息雖然存在，但完全扭曲，極難檢索。

研究團隊最新研究開發的小型硅芯片可作智能收發器，它們成對工作，可自動且獨立地計算光束需要的形狀，從而以最大效率通過環境。此外，它們還可生成多個重疊的具有獨特形狀的光束，並在不相互干擾的情況下引導這些光束。通過這種方式，新型芯片的傳輸容量顯著提升，可滿足下一代無線系統的要求。

科學家解釋道，這種新型芯片是數學處理器，可非常快速、高效地利用光進行計算，幾乎沒有能耗。光束通過簡單的代數運算產生，直接對光信號進行運算，並通過直接集成在芯片上的微型天線進行傳輸。這項技術具有許多優點：極易處理、高能效以及頻寬超過五千吉赫(GHz)。

科學家認為，如今，所有信息都是數字化，但事實上，圖像、聲音和所有數據本質上都是模擬的。數字化確實允許非常複雜的處理，但隨着數據量的增加，這些操作在能源和計算方面變得越來越不可持續。如今，人們對通過專用電路（模擬協處理器）回歸模擬技術抱有極大興趣，專用電路將成為未來5G和6G無線互連系統的推動者。目前，我們的芯片就是這樣工作的。

研究團隊表示，使用光學處理器的類比計算在多個領域有用武之地，可用於神經形態系統的數學加速器、高性能計算、人工智能、量子電腦和密碼學、高級定位和感測器系統，以及通常需要以非常高的速度處理大量資料的系統。光學無線技術的新突破採用光子芯片，可有效塑造光以改善資料傳輸，這對於未來無線網絡和高速資料處理的進步至關重要，光纖無線或許可以不再有任何障礙。

美 子