ミラノ工科大学、光で計算するチップを開発

December, 12, 2023, Milano--「Nature Photonics」は、ミラノ工科大学がサンタナ学校と共同で行った研究を特集している。光無線はもはや障害なしかも知れない、新技術の利点。

光ワイヤレスには障害物がなくなる可能性がある。ミラノ工科大学がピサのサンタナ学校、グラスゴー大学、スタンフォード大学と共同で実施し、Nature Photonicsに掲載された研究によると、未知の環境や時間の経過とともに変化する環境であっても、あらゆる環境を最適に通過する最適光形状を数学的に計算するフォトニックチップの作成が可能になった。

この問題はよく知られているが、光はあらゆる形態の障害物に敏感であり、非常に小さな障害物にも敏感である。たとえば、曇りガラスの窓から見ているときや、単に眼鏡が曇ったときに物体がどのように見えるかを考えてみると分かる。この効果は、光無線システムでデータストリームを伝送する光線でも非常によく似ており、情報は存在していても、完全に歪んでおり、取り出すのが非常に困難である。

この研究で開発されたデバイスは、スマートトランシーバとして機能する小型シリコンチップであり、ペア動作により、一般的な環境を最大効率で通過するために必要な光線の形状を自動的かつ独立的に「計算」することができる。それだけでなく、それぞれが独自の形状を持つ複数の重なり合うビームを生成し、互いに干渉することなくそれらを方向付けることもできる。このようにして、次世代の無線システムに必要な伝送容量が大幅に増加する。

「われわれのチップは、エネルギーをほとんど消費することなく、非常に迅速かつ効率的に光で計算する数学プロセッサである。光ビームは、単純な代数演算(基本的には和と乗算)によって生成され、光信号に対して直接実行され、チップに直接統合されたマイクロアンテナによって送信される。この技術には、非常に簡単な処理、高いエネルギー効率、5000GHzを超える巨大な帯域幅など、多くの利点がある」と、ミラノ工科大学のフォトニックデバイスラボの責任者であるFrancesco Morichettiは説明している。

「今日、すべての情報はデジタルだが、実際には、画像、音声、すべてのデータは本質的にアナログである。デジタル化により、非常に複雑な処理が可能になるが、データ量が増えるにつれて、これらの操作はエネルギーと計算の面でますます持続性が低下する。今日では、将来の5Gおよび6Gワイヤレス相互接続システムのイネーブラー(実現方法)として機能する専用回路(アナログコプロセッサ)を通じて、アナログ技術への回帰に大きな関心が寄せられている。われわれのチップはまさにそのように機能する」と、 ミラノ工科大学のマイクロおよびナノテクノロジーセンタ、Polifabディレクタ、Andrea Melloniは説明している。

「光プロセッサを使用したアナログコンピューティングは、ニューロモルフィック(神経形態学)システム用の数学的アクセラレータ、ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)と人工知能、量子コンピュータと暗号化、高度なローカリゼーション、測位とセンサシステム、また一般的に、大量のデータを非常に高速で処理する必要があるすべてのシステムを含む多くのアプリケーションシナリオで重要である」(Marc Sorel)。 同氏は、Sant’Anna SchoolのTeCIP Institute(電気通信、コンピュータ工学、フォトニクス研究所)の電子工学教授。