De nouvelles puces photoniques avancées ont été développées pour optimiser la transmission de la lumière pour les systèmes optiques sans fil. Ces puces, essentielles aux futurs réseaux 5G et 6G, représentent une évolution vers des technologies analogiques économes en énergie et ont de nombreuses applications dans le traitement des données et la communication à haut débit. Crédit : Politecnico di Milano
Une nouvelle avancée dans la technologie optique sans fil comprend des puces photoniques qui façonnent efficacement la lumière pour améliorer la transmission des données, ce qui est essentiel pour l’avancement des futurs réseaux sans fil et du traitement des données à haut débit.
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, Université de Glasgowet l’Université de Stanford, et publié dans la prestigieuse revue 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.
Technologie innovante de puce photonique
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 ; de cette manière, la capacité de transmission est considérablement augmentée, tout comme l’exigent les systèmes sans fil de nouvelle génération.
Traitement efficace et avancé
« Nos puces sont des processeurs mathématiques qui effectuent des calculs avec la lumière très rapidement et efficacement, pratiquement sans consommation d’énergie. Les faisceaux optiques sont générés grâce à des opérations algébriques simples, essentiellement des sommes et des multiplications, effectuées directement sur les signaux lumineux et transmises par des micro-antennes directement intégrées 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 du Politecnico di Milano.
Passage aux technologies analogiques
« Aujourd’hui, toutes les informations sont numériques, mais en réalité, les images, les sons et toutes les données sont intrinsèquement analogiques. La numérisation permet certes des traitements très complexes, mais à mesure que le volume de données augmente, ces opérations deviennent de moins en moins durables en termes d’énergie et de calcul. Il existe aujourd’hui un grand intérêt pour le retour aux technologies analogiques, via 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 », explique Andrea Melloni, directeur du Polifab, le centre de micro et nanotechnologie du Politecnico di Milano.
Applications dans divers domaines
« 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. des systèmes qui nécessitent le traitement 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.
Les travaux sont cofinancés dans le cadre du NRRP par le programme de recherche et développement RESTART « REcherche et innovation sur les futurs systèmes et réseaux de télécommunications, pour rendre l’Italie plus intelligente ». Dans le cadre du programme RESTART, le professeur Andrea Melloni, Politecnico di Milano, et le professeur Piero Castaldi, Istituto TeCIP, Scuola Superiore Sant’Anna Pisa dirigent le projet ciblé « HePIC » et le projet structurel « Rigoletto », qui visent à développer des photoniques de nouvelle génération. des circuits intégrés et des réseaux de transport optique qui prendront en charge la future infrastructure 6G.
