最佳光形状的光子芯片成为了可能

光对任何形式的障碍物都很敏感——即使是很小的障碍物，也会阻挡它的传播。这种效应与光学无线系统中携带数据流的光束非常相似：信息虽然仍然存在，但却完全扭曲，极难恢复。

近期，米兰理工大学与比萨圣安娜高等学校、格拉斯哥大学和斯坦福大学共同进行的一项研究，使得制造出能够通过数学计算最佳光形状的光子芯片成为了可能。这些光子芯片可以通过任何环境，甚至是未知或随时间变化的环境，最终优化“任何环境”下的光轮廓。

这项工作发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）的一篇论文中。

最小尺寸，最大效率

米兰领导的这项研究开发的设备是——用作智能收发器的小型硅芯片。他们结对工作，可以自动独立地计算出一束光需要什么样的形状才能以最大的效率通过一般环境。

它们还可以产生多个重叠的光束，每个都有自己的形状，并在不相互干扰的情况下引导它们；通过这种方式，传输容量大大增加，正如下一代无线通信系统所要求的那样。

米兰理工大学光子器件实验室负责人Francesco Morichetti评论称：“我们的芯片是数学处理器，可以非常快速有效地进行光计算，几乎不消耗能量。”

“光束是通过简单的代数运算产生的，本质上是求和和乘法，直接对光信号进行运算，并由集成在芯片上的微天线传输。这项技术具有许多优点：极其容易处理，高能效，拥有超过5000 GHz的巨大带宽。”

米兰理工大学微与纳米技术中心Polifab主任Andrea Melloni表示：“如今，所有的信息都是数字化的。但事实上，图像、声音和所有数据本质上都是模拟的。数字化确实能够实现非常复杂的处理，但随着数据量的增加，这些操作在能源和计算方面变得越来越不可持续。通过专用电路（模拟协处理器），人们对回归模拟技术非常感兴趣，这将成为未来5G和6G无线互联系统的推动者。我们的芯片就是这样工作的。”

圣安娜高等学校TeCIP研究所电子学教授Marc Sorel表示：“使用光学处理器的模拟计算在许多应用场景中至关重要，包括神经形态系统的数学加速器、高性能计算和人工智能、量子计算机和密码学、高级定位、定位和传感器系统，以及在所有需要高速处理大量数据的系统中。”

审核编辑：黄飞