Chip quang tử cho cuộc cách mạng hóa công suất xử lý dữ liệu và trí tuệ nhân tạo

Các nhà khoa học thuộc Đại học Monash, RMIT và Đại học Adelaide, Australia đã phát triển một phương pháp chính xác điều khiển các mạch quang học trên bản mạch tích hợp quang tử có kích thước chỉ bằng móng tay.

Chip quang tử. Ảnh Tech Xplore

Kết quả nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Optica, phát triển trên cơ sở kết quả công trình của chính nhóm nghiên cứu, đã chế tạo thành công chip quang tử tự hiệu chỉnh đầu tiên trên thế giới.

Quang tử, hay kỹ thuật sử dụng các hạt ánh sáng để lưu trữ và truyền thông tin là một lĩnh vực đang phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu sáng tạo công nghệ mới nhanh hơn, tốt hơn, hiệu quả và bền vững hơn cho nhân loại.

Các mạch tích hợp quang tử có thể lập trình (PIC), cung cấp những chức năng xử lý tín hiệu đa dạng trong một chip duy nhất và đưa ra những giải pháp đầy hứa hẹn cho các ứng dụng từ truyền thông quang học đến trí tuệ nhân tạo (AI) mô phỏng trí tuệ con người.

Cho dù đó là tải phim từ Internet xuống hay duy trì vệ tinh hoạt động ổn định, quang tử sẽ thay đổi hoàn toàn cuộc sống của nhân loại, cách mạng hóa công suất xử lý của thiết bị quy mô lớn vào một con chip có kích thước chỉ bằng móng tay người.

Đầu năm 2022, các nhà nghiên cứu tại Đại học Monash, RMIT và Đại học Adelaide đã phát triển một mạch quang tử tiên tiến, có thể thay đổi tốc độ và quy mô của công nghệ quang tử. Nhưng khi quy mô và độ phức tạp của PIC tăng lên, việc mô tả đặc tính, từ đó hiệu chuẩn mạch quang tử trở nên khó khăn hơn.

GS Mike Xu thuộc Đại học Monash cho biết “Chúng tôi đã thêm một đường dẫn tham chiếu chung vào chip, cho phép đo ổn định và chính xác độ dài (pha, độ trễ thời gian) và sự mất mát công suất”.

“Nhóm nghiên cứu đã phát minh ra một phương pháp mới, phương pháp trì hoãn phân đoạn. Sử dụng phương pháp này, chúng tôi có thể tách biệt thông tin mong muốn từ những thông tin nhiễu loạn cho những ứng dụng chính xác hơn.”

Sơ đồ khái niệm của phương pháp phục hồi pha dựa trên đường tham chiếu độ trễ phân số. Chip này bao gồm một lõi xử lý tín hiệu và một đường dẫn tham chiếu với độ trễ phân đoạn. Ảnh Optica.

Các chip trước đây được đo/hiệu chuẩn bằng phương pháp kết nối với thiết bị bên ngoài phức tạp và đắt tiền (được gọi là máy phân tích mạng vector), nhưng các kết nối máy với chip gây ra lỗi pha do rung động và thay đổi nhiệt độ. Bằng giải pháp đặt đường dẫn tham chiếu trên chip, các phép đo thực tế không bị ảnh hưởng bởi những lỗi pha này.

GS Arthur Lowery, Thành viên đoạt giải ARC từ Khoa Kỹ thuật và Công nghệ Hệ thống Điện và Máy tính tại Đại học Monash cho biết.

“Trong nghiên cứu trước đây của nhóm, chúng tôi sử dụng phương pháp “Kramers Kronig” để loại bỏ những lỗi không mong muốn khỏi các phép đo mong muốn, nhưng phương pháp phân số yêu cầu ít năng lượng quang học hơn để hiệu chuẩn với độ chính xác theo yêu cầu,”

“Kết quả đạt được này có nghĩa là chúng tôi có thể có được các phép đo đáng tin cậy về trạng thái của chip, từ đó có thể lập trình chính xác cho ứng dụng mong muốn, chẳng hạn như nhận dạng các mẫu trong máy tính quang học hoặc áp đặt tăng thêm dung lượng từ mạng truyền thông quang học.”

Nghiên cứu này bổ sung cho công trình nghiên cứu, đã bắt đầu vào năm 2020 với nỗ lực phát triển chip microcomb quang học mới, có thể truyền 30 terabit mỗi giây, gấp 3 lần mức độ truyền dữ liệu kỷ lục với toàn bộ Mạng băng thông rộng quốc gia.

Trong giai đoạn phát triển tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ khám phá phương thức mà những chip quang tử có thể sử dụng nhiều bước sóng để đạt được khả năng xử lý thông tin siêu nhanh và Trí thông minh Nhân tạo.

TS. Andy Boes từ Đại học Adelaide nói: “Mức độ phức tạp của các mạch tích hợp quang tử đang tăng lên nhanh chóng, đòi hỏi phải có một kỹ thuật đột phá để có thể hiệu chỉnh và kiểm soát bản mạch. Kỹ thuật mà nhóm nghiên cứu phát triển đã vượt qua thách thức này, đảm bảo các mạch quang học có thể được sử dụng với độ tin cậy cho các ứng dụng cần xử lý thông tin siêu nhanh và Trí tuệ Nhân tạo mô phỏng tư duy con người”.