Conform TechSpot, cercetătorii de la Universitatea Columbia au dezvoltat un cip fotonic compact capabil să producă zeci de lungimi de undă laser dintr-o singură sursă de mare putere – o descoperire care ar putea transforma modul în care centrele de date gestionează cerințele uriașe de informații generate de inteligența artificială. Lucrările, conduse de profesorul Michal Lipson, demonstrează cum un sistem optic complex, care înainte era limitat la bancurile de laborator, poate acum să încapă pe un singur cip din siliciu.
Tehnologia se bazează pe ceea ce fizicienii numesc un pieptene de frecvență – un laser care emite multe culori distincte sau lungimi de undă, distribuite uniform pe spectrul optic. Fiecare lungime de undă servește ca un canal stabil pentru date, permițând mai multor fluxuri să fie transmise în paralel, fără interferențe.
În rețelele de comunicații optice, acest principiu – cunoscut sub numele de multiplexare pe lungime de undă – permite luminii de diferite culori să transporte semnale separate printr-o fibră în același timp, multiplicând lățimea de bandă.
Până acum, crearea unui astfel de pieptene de frecvență necesita echipamente laser voluminoase și costisitoare. Echipa lui Lipson a reușit să integreze unul direct într-un cip fotonic din siliciu folosind o diode laser multimod, o sursă de lumină puternică, dar zgomotoasă, comună în aplicațiile industriale și medicale.
Provocarea a constat în rafinarea luminii brute și instabile într-un fascicul coerent care să poată forma lungimi de undă distribuite uniform. Pentru a face acest lucru, cercetătorii au folosit o tehnică de feedback cunoscută sub numele de auto-injecție blocată. Prin redirecționarea unei fracțiuni a ieșirii laserului înapoi în dispozitiv prin micro-rezonatori gravați pe cip, au stabilizat și au purificat fasciculul. Odată curățată, proprietățile neliniare ale materialului cipului au transformat linia unică a laserului într-un pieptene de frecvențe clare și stabile.
Alexander Gaeta (stânga) și Michal Lipson, în laboratorul Gaeta de la Universitatea Columbia
Rezultatul este o sursă optică miniaturizată și de mare putere care poate înlocui întregi rafturi de lasere individuale în sistemele de comunicații de mare viteză. Andres Gil-Molina, un inginer principal la Xscape Photonics și co-autor al studiului, a declarat că dispozitivul transformă un laser puternic în zeci de canale curate și de mare putere pe un cip. Acest lucru reduce drastic dimensiunea, costul și consumul de energie. În centrele de date, aceasta ar putea însemna o comunicare mai rapidă între procesoare și memorie, unde operațiunile AI, consumatoare de energie, tensionează tot mai mult infrastructura existentă.
Progresul se bazează pe domeniul în creștere al fotonicii din siliciu, care urmărește să integreze componente optice, cum ar fi ghidurile de undă, modulatorii și detectorii, în cipuri, similar cu modul în care tranzistorii sunt integrați în electronică. Laboratorul lui Lipson de la Columbia a lucrat mult timp pentru a împinge limitele acestei integrări. Prin integrarea unei surse laser stabile, cu mai multe lungimi de undă, cu alte componente fotonice și electronice pe același cip, noul design simplifică arhitectura rețelei optice și reduce semnificativ puterea necesară pentru transferul de date.
Dincolo de aplicațiile de calcul, cipurile compacte cu pieptene de frecvență ar putea permite alte tehnologii de precizie, inclusiv spectrometre portabile, ceasuri optice la scară de cip, sisteme de comunicații cuantice și senzori LiDAR avansați pentru vehicule autonome. Pentru Lipson, realizarea subliniază un obiectiv mai mare în cercetarea fotonică: mutarea surselor de lumină versatile și performante din laboratoare specializate în dispozitive din lumea reală.
