Les puces photoniques peuvent calculer la forme optimale de la lumière pour les systèmes sans fil de nouvelle génération

Le sans fil optique ne peut plus avoir d’obstacles. Une étude du Politecnico di Milano, menée en collaboration avec la Scuola Superiore Sant’Anna de Pise, l’Université de Glasgow et l’Université de Stanford, et publiée dans Photonique naturellea permis de créer des puces photoniques qui calculent mathématiquement la forme optimale de la lumière pour traverser au mieux n’importe quel environnement, même inconnu ou changeant avec le temps.

Le problème est bien connu : la lumière est sensible à toute forme d’obstacle, même les plus petits. Pensez, par exemple, à la façon dont nous voyons les objets lorsque nous regardons à travers une vitre dépolie ou simplement lorsque nos lunettes deviennent embuées. L’effet est assez similaire sur un faisceau lumineux transportant des flux de données dans des systèmes optiques sans fil : les informations, bien que toujours présentes, sont complètement déformées et extrêmement difficiles à récupérer.

Les dispositifs développés dans cette recherche sont de petites puces de silicium qui servent d’émetteurs-récepteurs intelligents : travaillant par paires, ils peuvent « calculer » automatiquement et indépendamment la forme que doit avoir un faisceau de lumière pour traverser un environnement générique avec une efficacité maximale. Et ce n’est pas tout : ils peuvent également générer plusieurs faisceaux superposés, chacun avec sa propre forme, et les diriger sans qu’ils n’interfèrent les uns avec les autres ; la capacité de transmission est ainsi considérablement augmentée, tout comme l’exigent les systèmes sans fil de nouvelle génération.

“Nos puces sont des processeurs mathématiques qui effectuent des calculs avec la lumière très rapidement et efficacement, presque sans consommation d’énergie. Les faisceaux optiques sont générés par des opérations algébriques simples, essentiellement des sommes et des multiplications, effectuées directement sur les signaux lumineux et transmises directement par des micro-antennes. intégrée sur les puces. Cette technologie offre de nombreux avantages : un traitement extrêmement simple, une efficacité énergétique élevée et une énorme bande passante dépassant 5 000 GHz”, explique Francesco Morichetti, responsable du laboratoire de dispositifs photoniques de l’École polytechnique de Milan.

“Aujourd’hui, toutes les informations sont numériques, mais en fait, les images, les sons et toutes les données sont intrinsèquement analogiques. La numérisation permet certes un traitement très complexe, mais à mesure que le volume de données augmente, ces opérations deviennent de moins en moins durables en termes d’énergie et d’énergie. Aujourd’hui, il existe un grand intérêt pour le retour aux technologies analogiques, à travers des circuits dédiés (coprocesseurs analogiques) qui serviront de catalyseurs aux systèmes d’interconnexion sans fil 5G et 6G du futur. Nos puces fonctionnent exactement comme ça”, Andrea Melloni , directeur du Polifab, le centre de micro et nanotechnologie du Politecnico di Milano, déclare.

« L’informatique analogique utilisant des processeurs optiques est cruciale dans de nombreux scénarios d’application, notamment les accélérateurs mathématiques pour les systèmes neuromorphiques, le calcul haute performance (HPC) et l’intelligence artificielle, les ordinateurs quantiques et la cryptographie, les systèmes avancés de localisation, de positionnement et de capteurs, et en général, dans tous les domaines. systèmes où il est nécessaire de traiter de grandes quantités de données à très grande vitesse”, ajoute Marc Sorel, professeur d’électronique à l’Institut TeCIP (Institut de télécommunications, d’ingénierie informatique et de photonique) de la Scuola Superiore Sant’Anna.