Chip Fotonik Ultracepat Membentuk Kembali Pemrosesan Sinyal

Sebuah tim peneliti telah meluncurkan chip fotonik gelombang mikro yang secara signifikan meningkatkan pemrosesan sinyal elektronik analog, menawarkan kecepatan dan efisiensi energi 1.000 kali lebih besar daripada prosesor yang ada. Inovasi ini menjanjikan revolusi di berbagai sektor, termasuk komunikasi nirkabel dan kecerdasan buatan.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Wang Cheng dari Departemen Teknik Elektro (EE) di City University of Hong Kong (CityUHK) telah mengembangkan chip fotonik gelombang mikro terkemuka di dunia yang mampu memproses dan menghitung sinyal elektronik analog ultracepat menggunakan teknologi optik.

Chip tersebut, yang 1.000 kali lebih cepat dan mengonsumsi lebih sedikit energi dibandingkan prosesor elektronik tradisional, memiliki beragam aplikasi, termasuk sistem komunikasi nirkabel 5/6G, sistem radar resolusi tinggi, kecerdasan buatan, visi komputer, dan pemrosesan gambar/video. .

Temuan penelitian tim dipublikasikan di jurnal ilmiah bergengsi Alami berjudul “Mesin Pemroses Fotonik Microwave Lithium Niobate Terintegrasi.” Ini merupakan penelitian kolaborasi dengan The Chinese University of Hong Kong (CUHK).

Mengatasi Tantangan Komunikasi Modern

Pesatnya perluasan jaringan nirkabel, Internet of Things, dan layanan berbasis cloud telah memberikan tuntutan yang signifikan terhadap sistem frekuensi radio yang mendasarinya. Teknologi Microwave Photonics (MWP), yang menggunakan komponen optik untuk menghasilkan, mentransmisikan, dan memanipulasi sinyal gelombang mikro, menawarkan solusi efektif untuk tantangan ini. Namun, sistem MWP terintegrasi mengalami kesulitan dalam mencapai pemrosesan sinyal analog berkecepatan sangat tinggi secara bersamaan dengan skala chip, fidelitas tinggi, dan integrasi daya rendah.

“Untuk mengatasi tantangan ini, tim kami mengembangkan sistem MWP yang menggabungkan konversi elektro-optik (EO) ultracepat dengan pemrosesan sinyal multifungsi low-loss pada satu chip terintegrasi, yang belum pernah dicapai sebelumnya,” jelas Profesor Wang.

Kinerja ini dimungkinkan oleh mesin pemrosesan MWP terintegrasi berdasarkan platform lithium niobate (LN) film tipis yang mampu melakukan tugas pemrosesan multiguna dan komputasi sinyal analog.

“Chip ini dapat melakukan komputasi analog berkecepatan tinggi dengan bandwidth pemrosesan ultrabroad 67 GHz dan akurasi komputasi yang sangat baik,” kata Feng Hanke, mahasiswa PhD EE dan penulis pertama makalah ini.

Pelopor Fotonik Lithium Niobate

Tim ini telah berdedikasi untuk meneliti platform fotonik LN terintegrasi selama beberapa tahun. Pada tahun 2018, rekan-rekan di Universitas Harvard dan laboratorium Nokia Bell mengembangkan modulator elektro-optik terintegrasi yang kompatibel dengan CMOS (semikonduktor oksida logam komplementer) pertama di dunia pada platform LN, yang meletakkan dasar bagi terobosan penelitian saat ini. LN disebut “silikon fotonik” karena pentingnya bagi fotonik, sebanding dengan silikon dalam mikroelektronika.

Pekerjaan mereka membuka bidang penelitian baru, yaitu LN microwave photonics, yang memungkinkan chip fotonik gelombang mikro dengan ukuran kompak, fidelitas sinyal tinggi, dan latensi rendah; itu juga mewakili mesin pemrosesan dan komputasi elektronik analog skala chip.

Referensi: “Mesin pengolah fotonik gelombang mikro litium niobate terintegrasi” oleh Hanke Feng, Tong Ge, Xiaoqing Guo, Benshan Wang, Yiwen Zhang, Zhaoxi Chen, Sha Zhu, Ke Zhang, Wenzhao Sun, Chaoran Huang, Yixuan Yuan dan Cheng Wang, 28 Februari 2024, Alami.
DOI: 10.1038/s41586-024-07078-9

Penulis pertama makalah ini adalah Feng Hanke dan Ge Tong (cendekiawan EE). Profesor Wang adalah penulis koresponden. Penulis kontributor lainnya termasuk Dr. Guo Xiaoqing, lulusan PhD EE; Chen Zhaoxi, Dr. Zhang Ke, Dr. Zhu Sha (juga di Universitas Teknologi Beijing), Dr. Sun Wenzhao (sekarang di CityUHK (Dongguan)), EE postdocs; dan Zhang Yiwen, mahasiswa PhD EE; dan kolaborator (Wang Benshan, Profesor Huang Chaoran, dan Profesor Yuan Yixuan) dari CUHK.