تخترق الرقائق الضوئية الجديدة أكبر الحواجز المادية أمام تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية الضوئية

إحدى المشاكل المعروفة هي أن الضوء حساس لأي شكل من أشكال العوائق، حتى الصغيرة منها. على سبيل المثال، فكر في كيفية رؤيتنا للأشياء عندما ننظر من خلال نافذة بلورية أو عندما تكون نظاراتنا مغطاة بالضباب. التأثير مشابه جدًا لأشعة الضوء التي تحمل تدفقات البيانات في الأنظمة اللاسلكية الضوئية: المعلومات لا تزال موجودة، لكنها مشوهة تمامًا ومن الصعب للغاية استرجاعها.

الأجهزة التي تم تطويرها في هذه الدراسة عبارة عن شرائح سيليكون صغيرة تعمل كأجهزة إرسال واستقبال ذكية: تعمل في أزواج، ويمكنها تلقائيًا وبشكل مستقل "حساب" الشكل الذي يجب أن يكون عليه الشعاع من أجل المرور عبر بيئة مشتركة بأقصى قدر من الكفاءة. هذا ليس كل شيء: يمكنهم أيضًا إنشاء حزم متعددة متداخلة، لكل منها شكلها الخاص، وتوجيهها دون التدخل مع بعضها البعض؛ وبهذه الطريقة، يتم زيادة قدرة الإرسال بشكل كبير، كما هو مطلوب للأنظمة اللاسلكية من الجيل التالي.

"رقائقنا عبارة عن معالجات رياضية يمكنها إجراء العمليات الحسابية باستخدام الضوء بسرعة وكفاءة كبيرة، ولا تستهلك أي طاقة تقريبًا. يتم توليد حزم الضوء من خلال عمليات جبرية بسيطة (الجمع والضرب بشكل أساسي)، ويتم تنفيذها مباشرة على الإشارات الضوئية ويتم نقلها عبر هوائيات صغيرة مدمجة مباشرة على الشريحة. تتمتع هذه التكنولوجيا بالعديد من المزايا: معالجة بسيطة للغاية، وكفاءة عالية في استخدام الطاقة، وعرض نطاق ضخم يزيد عن 5000 جيجا هرتز." يوضح فرانشيسكو موريشيتي، رئيس مختبر الأجهزة الضوئية في جامعة بوليتكنيكو دي ميلانو.

"اليوم، جميع المعلومات رقمية، ولكن في الواقع، الصور والأصوات وجميع البيانات هي في الأساس تناظرية. تسمح الرقمنة بمعالجة معقدة للغاية، ولكن مع زيادة كمية البيانات، تصبح هذه العمليات غير مستدامة بشكل متزايد من حيث الطاقة والحوسبة. اليوم، هناك اهتمام متزايد باستخدام الدوائر المتخصصة (المعالجات المساعدة التناظرية). هناك اهتمام كبير بالعودة إلى التكنولوجيا التناظرية، وستكون الدوائر المخصصة هي عوامل التمكين لأنظمة الربط اللاسلكي 5G و 6G المستقبلية. هذه هي الطريقة التي تستخدم بها رقائقنا وقال أندريا ميلوني، مدير Polifab، مركز التكنولوجيا الدقيقة والنانو في Politecnico di Milano.

يضيف مارك سوريل، أستاذ الإلكترونيات في معهد TeCIP (معهد الاتصالات وهندسة الكمبيوتر والضوئيات) بمدرسة سانتا آنا الثانوية: "تعد الحوسبة التناظرية باستخدام المعالجات الضوئية أمرًا بالغ الأهمية في العديد من سيناريوهات التطبيق، بما في ذلك المسرعات الرياضية للأنظمة العصبية، والحوسبة عالية الأداء (HPC) والذكاء الاصطناعي، وأجهزة الكمبيوتر الكمومية والتشفير، والتوطين المتقدم، والتعريب وأنظمة الاستشعار، وبشكل عام، الأنظمة التي تحتاج إلى معالجة كميات كبيرة من البيانات بسرعات عالية جدًا".