Els investigadors desenvolupen un xip de fotònica de microones de processament de senyal ultraràpid

Recentment, un equip d'investigació dirigit pel professor Wang Cheng del Departament d'Enginyeria Elèctrica de la City University of Hong Kong ha desenvolupat amb èxit un xip de fotònica de microones (MWP) líder mundial. Aquest xip és capaç d'utilitzar el principi òptic per dur a terme un processament i un càlcul de senyals electrònics analògics ultra ràpids.
El xip no només és 1000 vegades més ràpid que els processadors electrònics convencionals, sinó que també consumeix menys energia. La seva àmplia gamma d'aplicacions cobreix diverses àrees, com ara sistemes de comunicació sense fil 5/6G, sistemes de radar d'alta resolució, intel·ligència artificial, visió per ordinador i processament d'imatges/vídeo.
L'equip va col·laborar amb la Universitat xinesa de Hong Kong en la investigació, que s'ha publicat a la revista Nature, titulada Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
Amb la ràpida expansió de les xarxes sense fil, l'Internet de les coses (IoT) i els serveis basats en núvol, la demanda de sistemes de RF subjacents ha crescut de manera exponencial. La tecnologia de fotònica de microones (MWP) ofereix una solució eficaç a aquests reptes amb els seus avantatges únics de generar, transmetre i processar senyals de microones mitjançant la utilització de components òptics. Tanmateix, els sistemes integrats de MWP s'han enfrontat a múltiples reptes, com ara la realització simultània de processament de senyal analògic d'alta velocitat, integració a escala de xips, alta fidelitat i baix consum d'energia.
Per abordar aquests reptes, l'equip de recerca del professor Wang Cheng ha desenvolupat un nou sistema MWP. El sistema integra de manera innovadora la conversió electroòptica (EO) ultra ràpida amb processament de senyal multifuncional de baixes pèrdues en un sol xip, un assoliment que mai s'havia aconseguit en investigacions anteriors.
Aquest rendiment excepcional és possible gràcies a un motor de processament MWP integrat basat en una plataforma de niòbat de liti (LN) de pel·lícula fina. Aquest motor és capaç de realitzar una àmplia gamma de tasques computacionals i de processament de senyal analògic. Segons l'informe, aquest xip no només té un ample de banda de processament ultra ample de 67 GHz, sinó que també té una precisió computacional excel·lent.
Al llarg dels anys, l'equip ha estat treballant en la recerca de plataformes fotòniques LN integrades. Val la pena esmentar que el 2018, col·legues de la Universitat de Harvard i Nokia Bell Labs van desenvolupar el primer modulador electroòptic integrat compatible amb CMOS (Semiconductor d'òxid metàl·lic complementari) del món en una plataforma de niòbat de liti (LN) de pel·lícula fina, que va col·locar una sòlida base per a l'avenç actual de la recerca. El niobat de liti de pel·lícula fina (LN) ha estat batejat com el "silici de la fotònica" per la seva importància en el camp de la fotònica, que és comparable al silici en microelectrònica.
Aquest treball no només obre un camp d'investigació completament nou: la fotònica de microones de niobat de liti de pel·lícula fina (LN), sinó que també permet xips fotònics de microones amb mida compacta, alta fidelitat del senyal i baixa latència, entre altres avantatges. Més important encara, aquest avenç representa una nova direcció per als motors de processament i computació electrònics analògics a escala de xip.