Studiuesit kanë arritur të krijojnë një çip optik të programueshëm që mund të kontrollojë shpejtësinë e dritës në kohë reale, duke ofruar një nivel të paparë fleksibiliteti për inxhinierët në drejtimin e sinjaleve optike nëpër qarqe. Teknologjia premton të realizojë vonesa të rregullueshme, sinkronizim dhe ruajtje të përkohshme të sinjaleve, elemente thelbësore për ta bërë më praktik kompjuterizimin me bazë fotonet. Një çip i vetëm i tillë mund të kryejë në të ardhmen detyra që sot kërkojnë pajisje të ndara, duke reduktuar kështu konsumin e energjisë, kostot dhe ndërlikueshmërinë në serverët e inteligjencës artificiale dhe qendrat e të dhënave.
Të lidhura
None found
Zhvillimi vjen në një kohë kur rritja shpërthyese e inteligjencës artificiale gjeneruese dhe modeleve të mëdha të AI ka rritur ndjeshëm kërkesat për fuqi kompjuterike në qendrat e të dhënave dhe serverët. Gjysmëpërçuesit elektronikë tradicionalë po arrijnë kufijtë e tyre, pasi konsumojnë sasi masive energjie dhe kanë kufizime në shpejtësinë e transmetimit të të dhënave. Në këtë kontekst, kompjuterizimi optik, i cili përdor dritën në vend të sinjaleve elektrike për përpunimin e informacionit, është parë si një alternativë premtuese për shkak të shpejtësisë së lartë dhe konsumit më të ulët energjetik. Megjithatë, drita paraqet sfidën e saj kryesore: ajo lëviz me një shpejtësi fikse, duke e bërë të vështirë vonimin ose mbajtjen e përkohshme të sinjaleve optike, aftësi të domosdoshme për memoriet dhe tamponët në kompjuterat optikë.
Për t’iu përgjigjur kësaj sfide, një ekip i udhëhequr nga profesorët Namkyoo Park dhe Sunkyu Yu nga Departamenti i Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike në Universitetin Kombëtar të Seulit, në bashkëpunim me profesorin Xianji Piao nga Shkolla e Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike në Universitetin e Seulit, ka projektuar një qark të integruar fotonik të programueshëm. Ky qark mund të kontrollojë si shpejtësinë ashtu edhe formën e sinjaleve optike, duke ofruar një fleksibilitet shumë më të madh mbi fenomenin e “dritës së ngadaltë” sesa metodat e mëparshme.
Qasja e tyre bazohet në një parim të ri projektimi që trajton dy gjendje optike në sistemet CRIT (transparenca e shkaktuar nga rezonatorët e çiftuar) – modalitetin e ndritshëm dhe atë të errët – si një shkallë të vetme të integruar lirie. Duke shtuar gjithashtu dy bashkues me unazë të kontrollueshëm, ata arritën të bëjnë të programueshme rregullimet e rezonatorëve, të cilat më parë ishin të fiksuara pas fabrikimit. Kjo strukturë e re CRIT lejon që lëvizja e dritës të vonohet dhe të manipulohet sipas nevojës, duke trajtuar ndërhyrjen midis dy modaliteteve si një parametër të vetëm të integruar projektimi. Në këtë mënyrë, qarqet fotonike me rezonatorë, dikur të kufizuara nga dizajne të pandryshueshme, fitojnë një fleksibilitet të jashtëzakonshëm.
Studiuesit demonstruan teorikisht se dy bashkuesit me unazë mund të rregullonin gjerësinë e brezit dhe formën e brezit të kalimit të sinjalit, si dhe të kontrollonin kohëzgjatjen e vonesës dhe efikasitetin e transmetimit nëpër qark. Kjo do të thotë se si shpejtësia ashtu edhe sjellja e transmetimit të sinjaleve optike mund të rikonfigurohen në sisteme që përmbajnë shumë rezonatorë, jo vetëm brenda një rezonatori të vetëm. Simulimet numerike konfirmuan gjithashtu se shpejtësia e pulseve optike mund të ndryshonte në mënyrë dinamike gjatë funksionimit të qarkut. Rezultatet treguan se kohët e vonesës së sinjaleve mund të modifikoheshin pa dëmtuar performancën e përpunimit, dhe se sistemi mund të konvertonte frekuencën e dritës pa pasur nevojë për komponentë shtesë të specializuar.
Për të vërtetuar praktikueshmërinë, ekipi përdori simulime elektromagnetike tredimensionale mbi një platformë qarku të integruar fotonik me nitrid silici (Si₃N₄). Ata testuan gjithashtu një sërë çështjesh reale që mund të shfaqen gjatë prodhimit dhe funksionimit, si humbjet e materialit, variacionet në cilësinë e rezonatorëve, shpërndarjen prapa të dritës, luhatjet e bashkimit, gabimet e fazës në bashkuesit me unazë dhe ndërthurjen termike. Simulimet treguan se struktura e propozuar mbetej e besueshme edhe në këto kushte reale.
Një nga avantazhet kryesore të kësaj platforme fotonike të programueshme është aftësia për të kryer disa funksione optike në një çip të vetëm – diçka që më parë kërkonte pajisje të veçanta. Këto funksione përfshijnë sinkronizimin e sinjaleve, linjat e vonesës të rregullueshme, tamponët optikë dhe konvertimin e frekuencës. Dizajni kapërcen kufizimet e pajisjeve tradicionale të vonesës optike, të cilat zakonisht janë fikse, duke sugjeruar se aftësi të shumta mund të kombinohen përfundimisht në një qark të vetëm. Për më tepër, parimet e projektimit mund të aplikohen në një spektër të gjerë qarqesh fotonike të bazuara në rezonatorë, duke hedhur bazat për teknologji më të adaptueshme të përpunimit të sinjaleve optike. Nëse komercializohet, një çip i tillë i programueshëm mund të funksionojë në mënyrë të ngjashme me një sistem të përcaktuar nga softueri, ku sjellja e tij përshtatet sipas nevojave në ndryshim, duke ndihmuar qendrat e të dhënave dhe serverët e AI të përpunojnë informacionin më efikase dhe me konsum të reduktuar energjie. Gjithashtu, kombinimi i disa funksioneve në një çip të vetëm do t’i bënte pajisjet e komunikimit optik dhe sistemet e sensorëve më të vogla dhe më pak të kushtueshme, duke mbështetur industri si drejtimi autonom, komunikimet e gjeneratës së ardhshme dhe teknologjitë kuantike.
Profesori Namkyoo Park, bashkautor korrespondent i studimit, e vlerësoi këtë arritje si një hap të rëndësishëm për propozimin e një parimi të ri projektimi që lejon rikonfigurimin sipas nevojës të rrjedhës së dritës në qarqet e integruara fotonike, duke rritur ndjeshëm fleksibilitetin e projektimit. Ai shtoi se ekipi planifikon ta zgjerojë këtë teknologji drejt qarqeve të integruara fotonike të programueshme në shkallë të gjerë, të bazuara në fotonikën e silikonit dhe teknologjitë e inteligjencës artificiale fotonike. Autorët e parë të përbashkët, doktor Seungkyun Park dhe studenti i doktoraturës Beomjoon Chae, të cilët udhëhoqën kornizën teorike dhe analizën numerike, theksuan se riinterpretimi i fizikës tradicionale të rezonatorëve fotonikë nga një këndvështrim tjetër ka hapur mundësi për zbulimin e funksioneve të reja në qarqet e integruara fotonike, dhe se synimi i tyre është të avancojnë drejt zbatimit praktik të pajisjeve dhe vërtetimit eksperimental. Dr. Seungkyun Park është i lidhur me Qendrën InnoCORE PICORE në KAIST dhe kryen kërkime mbi AI fotonike dhe optikën kuantike në Laboratorin e Sistemeve Fotonike në Universitetin Kombëtar të Seulit, ndërsa Beomjoon Chae studion qarqet e integruara fotonike të programueshme në Laboratorin e Sistemeve të Valëve Inteligjente në SNU. Kërkimi u mbështet nga Ministria e Shkencës dhe TIK përmes programeve Qendra Inovative e Kërkimit (IRC), Laboratori i Kërkimeve Bazë (BRL) dhe programi për studiuesit e rinj.
