这项研究的一个关键挑战是将所有光学功能集成到一个可“插入”现有基础设施的设备上。研究团队提出的解决方案是：在芯片制造后对其进行校准，也就是使用集成参考路径而非外部设备对芯片进行校准，这提供了“拨号上网”所需的所有设置，以及想要的开关功能或光谱响应。
据科技日报报道，澳大利亚莫纳什大学和皇家墨尔本理工大学科学家主导的一个国际团队研制出首款自校准光子芯片，据悉该芯片能连接数据高速公路，改变当前光学芯片之间的连接状况，提升数据传输的速度，并将以薄硅片取代笨重的3D光学器件，有望促进人工智能和自动驾驶汽车等领域的发展。
最新研究发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）杂志。
光子电路能够操纵和引导信息传输的光通道，也可提供搜索图案等计算能力，而模式搜索是医疗诊断、自动驾驶车辆、互联网安全等许多应用的基础。芯片的快速可靠重编程能加快搜索速度，但要做到这一点，非常困难且极其昂贵，最新的自校准芯片则克服了这一难题。
这项研究的一个关键挑战是将所有光学功能集成到一个可“插入”现有基础设施的设备上。研究团队提出的解决方案是：在芯片制造后对其进行校准，也就是使用集成参考路径而非外部设备对芯片进行校准，这提供了“拨号上网”所需的所有设置，以及想要的开关功能或光谱响应。
该方法是实现光子芯片实用化的关键步骤。研究人员不需要像调收音机那样慢慢搜寻，仅只需一步就能调好芯片，从而实现数据流从一个目的地到另一个目的地快速可靠地切换。
该项目的首席研究员、莫纳什大学澳大利亚研究理事会桂冠教授阿瑟·洛厄里（Arthur Lowery）表示，这一成果是对莫纳什大学Bill Corcoran博士此前研究的补充。Bill Corcoran博士在2020年与皇家墨尔本理工大学合作发明了一种新型光学微梳芯片，能够将相当于三倍整个澳大利亚国家宽带网络的流量压缩到一根光纤上，被认为是单个指甲盖大小芯片上所实现的最快互联网速度。
“我们展示了一种自校准可编程光子滤波器芯片，具有一个信号处理核心和一个用于自校准的参考路径。自校准非常重要，因为它使可调谐光子集成电路广泛应用于多个领域，比如根据光波长将信号输送到目的地的光通信系统、快速相似度计算（相关器）、化学及生物分析的科学仪器、甚至应用于天文学领域。” 洛厄里说到， “使用数字技术的电子信号领域曾经在无线电滤波器的稳定性方面实现了类似的突破，结果实现了多台手机共享同一块频谱。我们的光学芯片也能实现类似的架构，且能够以太赫兹带宽工作。”
如果说光学微梳芯片组成了光网络高速公路的多条道路，那么这种自校准芯片就构成了连通所有道路的桥梁和进出匝道，从而实现更大的数据移动。
自校准集成宽带宽光子集成电路概念图（图自：《自然·光子学》杂志）
这一突破已经酝酿了三年，洛厄里称，2020年该校开发出一种新型光学微通信芯片，构建了数据高速公路的多条通道，实现了当时最快的网速。而新面世的自校准芯片可成为这些数据高速公路的入口、出口匝道和桥梁，将这些通道连接起来，使更多数据能更快移动。
“这项研究成果是一个重大突破。我们所发明的这种光子技术足够先进、甚至能将复杂的系统集成在一个芯片上。这种自校准芯片的问世标志着一项重大技术突破：一台设备对应一个片上参考系统、并且系统中所有部件都能作为一个整体工作。研究人员将能够通过快速重新配置传输互联网的光网络来解决互联网瓶颈问题，将数据送到最需要的地方。” 皇家墨尔本理工大学集成光子学及应用中心的Arnan Mitchell教授说。
研究人员表示，这一最新突破有望加速人工智能的发展，并应用于多个现实领域，如能够及时解读周围环境的更安全的无人驾驶汽车、提高诊断病情的人工智能速度、进一步提升谷歌Homes、Alexa和Siri等应用的自然语言处理速度，以及用于重新配置互联网交换的光网络交换机，以便在需要的地方更快地获取数据等。
本文内容参考Nature Photonics、中国科技网、科技日报、中国光学期刊网报道
您可能感兴趣