Các nhà nghiên cứu phát triển chip quang tử vi sóng xử lý tín hiệu cực nhanh

Mới đây, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Wang Cheng thuộc Khoa Kỹ thuật Điện tại Đại học Thành phố Hồng Kông dẫn đầu đã phát triển thành công chip quang tử vi sóng (MWP) hàng đầu thế giới. Con chip này có thể sử dụng nguyên lý quang học để thực hiện tính toán và xử lý tín hiệu điện tử tương tự cực nhanh.
Con chip này không chỉ nhanh hơn 1000 lần so với bộ xử lý điện tử thông thường mà còn tiêu thụ ít năng lượng hơn. Phạm vi ứng dụng rộng rãi của nó bao gồm nhiều lĩnh vực như hệ thống liên lạc không dây 5/6G, hệ thống radar có độ phân giải cao, trí tuệ nhân tạo, thị giác máy tính và xử lý hình ảnh/video.
Nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Đại học Trung Quốc Hồng Kông trong nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature, có tựa đề Công cụ xử lý quang tử vi sóng Lithium Niobate tích hợp.
Với sự mở rộng nhanh chóng của mạng không dây, Internet vạn vật (IoT) và các dịch vụ dựa trên đám mây, nhu cầu về các hệ thống RF cơ bản đã tăng theo cấp số nhân. Công nghệ quang tử vi sóng (MWP) cung cấp giải pháp hiệu quả cho những thách thức này với những ưu điểm độc đáo là tạo, truyền và xử lý tín hiệu vi sóng bằng cách sử dụng các thành phần quang học. Tuy nhiên, các hệ thống MWP tích hợp đang phải đối mặt với nhiều thách thức như thực hiện đồng thời xử lý tín hiệu tương tự tốc độ cực cao, tích hợp quy mô chip, độ trung thực cao và tiêu thụ điện năng thấp.
Để giải quyết những thách thức này, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Wang Cheng đã phát triển một hệ thống MWP mới. Hệ thống này tích hợp một cách sáng tạo quá trình chuyển đổi quang điện cực nhanh (EO) với khả năng xử lý tín hiệu đa chức năng có mức tổn thất thấp trên một con chip, một thành tựu chưa từng được hiện thực hóa trong nghiên cứu trước đây.
Hiệu suất vượt trội này có được nhờ công cụ xử lý MWP tích hợp dựa trên nền tảng lithium niobate (LN) màng mỏng. Công cụ này có khả năng thực hiện một loạt các nhiệm vụ tính toán và xử lý tín hiệu tương tự. Theo báo cáo, con chip này không chỉ có băng thông xử lý siêu rộng 67 GHz mà còn có độ chính xác tính toán tuyệt vời.
Trong nhiều năm, nhóm đã nghiên cứu các nền tảng quang tử LN tích hợp. Điều đáng nói là vào năm 2018, các đồng nghiệp tại Đại học Harvard và Nokia Bell Labs đã phát triển bộ điều chế quang điện tích hợp tương thích với CMOS (Chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung) đầu tiên trên thế giới trên nền tảng lithium niobate (LN) màng mỏng, tạo nền tảng vững chắc cho nền tảng cho bước đột phá nghiên cứu hiện nay. Lithium niobate màng mỏng (LN) được mệnh danh là "silicon của quang tử học" vì tầm quan trọng của nó trong lĩnh vực quang tử học, có thể so sánh với silicon trong vi điện tử.
Công trình này không chỉ mở ra một lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới - quang tử vi sóng lithium niobate (LN) màng mỏng mà còn tạo ra các chip quang tử vi sóng với kích thước nhỏ gọn, độ trung thực tín hiệu cao và độ trễ thấp cùng nhiều ưu điểm khác. Quan trọng hơn, bước đột phá này thể hiện một hướng đi mới cho các động cơ tính toán và xử lý điện tử tương tự quy mô chip.