Naukowcy z Seoul National University i University of Seoul opracowali programowalny układ fotoniczny, który może spowalniać światło na żądanie. Tak, dali światłu możliwość hamowania – czego wielu z nas życzyłoby sobie w korkach.

Zespół pod kierownictwem profesorów Namkyoo Parka i Sunkyu Yu (Elektrotechnika i Informatyka, SNU) oraz profesora Xianji Piao (Szkoła Elektrotechniki i Informatyki, University of Seoul) opublikował swoją pracę w czasopiśmie Advanced Science. Ich cel: rozwiązanie rosnącego wąskiego gardła obliczeniowego.

Generatywna AI i wielkoskalowe modele pochłaniają coraz więcej mocy obliczeniowej, a konwencjonalne półprzewodniki elektroniczne pocą się – zużywają mnóstwo energii i osiągają limity prędkości transmisji danych. Wkracza obliczenia optyczne, które używają światła zamiast elektronów. Światło jest szybkie i wydajne, ale ma fatalną wadę: nie chce zwolnić. Nie możesz powiedzieć fotonowi: „poczekaj chwilę, zaraz cię dogonię”.

Tu wkracza nowy układ. Wykorzystuje zjawisko zwane przezroczystością indukowaną sprzężonym rezonatorem (CRIT) do kontrolowania prędkości i kształtu sygnałów optycznych. Tradycyjnie urządzenia CRIT są sztywne – raz wyprodukowane, robią to samo na zawsze. Potrzebujesz dłuższego opóźnienia lub innej częstotliwości? Niestety, zamów nowy układ. Ta nieelastyczność była poważnym problemem dla serwerów AI i centrów danych, które potrzebują przetwarzania w czasie rzeczywistym.

Zespół SNU zmienił zasady gry, traktując dwa stany optyczne – tryb jasny i ciemny – jako jeden regulowany parametr i dodając dwa sterowalne sprzęgacze pętlowe. Pozwala to na przeprogramowywanie układu w locie. W symulacjach pokazali, że mogą opóźniać sygnały, regulować pasmo, a nawet konwertować częstotliwość bez dodatkowych komponentów. I tak, działa to w rzeczywistych warunkach, takich jak straty materiałowe, przesłuchy termiczne i niedoskonałości produkcyjne.

Jeśli zostanie skomercjalizowany, ten pojedynczy układ mógłby obsługiwać synchronizację sygnałów, regulowane linie opóźniające, bufory optyczne i konwersję częstotliwości – wszystko to będąc elastycznym jak system definiowany programowo. Oznacza to mniejsze, tańsze i bardziej energooszczędne centra danych i serwery AI. Potencjalne zastosowania obejmują również autonomiczną jazdę, komunikację nowej generacji i technologie kwantowe.

Profesor Park powiedział: „To badanie jest znaczące, ponieważ proponuje nową zasadę projektowania, która pozwala na rekonfigurację przepływu światła w układach fotonicznych w razie potrzeby, znacznie zwiększając elastyczność projektowania”. Współautorzy, dr Seungkyun Park i doktorant Beomjoon Chae, dodali: „Zrozumieliśmy, że reinterpretacja konwencjonalnej fizyki rezonatorów fotonicznych z innej perspektywy może być punktem wyjścia do odkrywania nowych funkcjonalności”.

Więc światło wreszcie może nauczyć się cierpliwości. Gdyby tylko to samo można było zrobić z czasem ładowania stron internetowych.