De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa da Faculdade de Engenharia da Universidade Nacional de Seul desenvolveu um chip fotônico integrado programável que permite controlar a velocidade da luz sob demanda, oferecendo um novo caminho para resolver o desafio do "armazenamento óptico" no campo da computação óptica.
Liderada pelo Professor Namkyoo Park e pelo Professor Sunkyu Yu, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Nacional de Seul, em colaboração com o Professor Xianji Piao, também do mesmo departamento, a equipe publicou os resultados na revista Advanced Science. A pesquisa visa atender ao aumento da demanda computacional impulsionado pelo desenvolvimento da inteligência artificial generativa e grandes modelos, bem como aos gargalos dos semicondutores eletrônicos tradicionais em termos de consumo de energia e taxa de transferência de dados. Devido à velocidade fixa da luz, como realizar o armazenamento e a retenção de sinais ópticos em um chip é um desafio fundamental de longa data para a tecnologia de computação óptica.
A equipe propôs um esquema de chip fotônico integrado programável capaz de controlar livremente a velocidade de propagação e a forma de onda dos sinais ópticos. Com base nesse esquema, a equipe alcançou um controle de "luz lenta" com maior grau de liberdade do que as soluções existentes.
Dispositivos tradicionais de transparência induzida por cavidade ressonante acoplada (CRIT), após a fabricação, têm suas características operacionais fixas, não podendo ser reconfigurados para diferentes atrasos ou faixas de frequência de operação. Para superar essa limitação, a equipe de pesquisa unificou o modo brilhante e o modo escuro no sistema CRIT em um único grau de liberdade controlável e introduziu dois conjuntos de acopladores anulares controláveis, estabelecendo um novo critério de design para chips fotônicos integrados programáveis. Através dessa estrutura, a equipe conseguiu o controle de atraso sob demanda no caminho óptico e confirmou que o efeito de interferência entre o modo brilhante e o modo escuro pode ser usado como um parâmetro de design integrado unificado, aumentando significativamente o grau de liberdade do design.
A equipe de pesquisa confirmou que, com a ajuda de acopladores anulares duplos, é possível controlar teoricamente de forma independente a largura de banda da banda passante, a forma de onda, bem como as características de atraso e transmissão do sinal. Resultados de simulação numérica também mostram que o chip pode ajustar dinamicamente a velocidade de propagação do pulso de luz em tempo real durante a operação, controlar livremente o atraso do sinal óptico sem perda de desempenho de processamento de sinal e realizar a conversão do espectro óptico. A equipe também verificou, por meio de simulação eletromagnética tridimensional, que o dispositivo CRIT pode ser fabricado em uma plataforma de chip fotônico integrado de nitreto de silício (Si₃N₄) e ainda operar de forma estável após considerar fatores de interferência prática, como perda de material, desvio do fator de qualidade da cavidade ressonante, retroespalhamento, flutuação do coeficiente de acoplamento, erro de fase do acoplador anular e diafonia térmica.
A plataforma de chip fotônico integrado programável introduzida por esta pesquisa pode integrar funções principais como sincronização de temporização de sinal, linha de atraso variável, armazenamento óptico e conversão de espectro em uma única arquitetura de chip. Essa abordagem de design não se limita ao sistema CRIT, podendo ser estendida a todos os circuitos fotônicos baseados em cavidades ressonantes, com potencial para se tornar a tecnologia central subjacente de próxima geração para processamento de sinais ópticos com controle flexível da transmissão de luz. Se comercializado, o chip tem o potencial de reduzir o consumo de energia de data centers e servidores de IA, além de melhorar a eficiência do processamento de dados.
O Professor Namkyoo Park, coautor correspondente do artigo, afirmou que a equipe, com base em tecnologias de silício fotônico e IA fotônica, expandirá o esquema para chips fotônicos integrados programáveis em larga escala. O Dr. Seungkyun Park, primeiro coautor, e o estudante de doutorado Beomjoon Chae acrescentaram que a pesquisa os fez perceber que interpretar os mecanismos físicos tradicionais de fótons ressonantes sob uma nova perspectiva pode desbloquear novas funcionalidades para chips fotônicos integrados, e que, por meio de trabalhos futuros, realizarão a fabricação de dispositivos físicos e a verificação experimental.
