Chip quang siêu nhanh giúp AI tiết kiệm năng lượng

Các nhà khoa học tại Viện Fraunhofer IOF (Đức) vừa cho biết đã phát triển thành công công nghệ mạch quang tích hợp sử dụng vật liệu lithium niobate siêu mỏng (LNOI). Công nghệ này sẽ mang lại hiệu suất vượt trội cho các hệ thống trí tuệ nhân tạo và máy tính lượng tử.

Nhóm nghiên cứu tại Fraunhofer IOF đã phát triển cả công nghệ kết nối quang và điện cho các mạch LNOI. Nguồn: Fraunhofer IOF

Lithium niobate từ lâu được coi như vật liệu chuẩn để điều chế tín hiệu quang trong viễn thông và bộ khuếch đại laser. Nhóm nghiên cứu của TS. Falk Eilenberger đã phát triển phiên bản siêu mỏng của vật liệu này, cho phép tạo ra các mạch quang tích hợp với hiệu suất cao.

Khác với mạch tích hợp điện tử truyền thống sử dụng dây dẫn điện và transistor, mạch quang tích hợp hoạt động bằng ống dẫn sóng ánh sáng và bộ giao thoa. Cả hai thành phần này đều có thể được chế tạo hoàn hảo trên nền lithium niobate.

Tiến sĩ Eilenberger, trưởng bộ phận Quang học vi cấu trúc và nano tại Fraunhofer IOF giải thích: "Công nghệ LNOI cho phép chúng tôi sản xuất linh kiện quang có băng thông rất cao, tổn hao thấp và kích thước nhỏ gọn. Đây chính là những đặc tính then chốt cho các ứng dụng truyền thông và xử lý dữ liệu tương lai".

Dự án PhoQuant do Bộ nghiên cứu, công nghệ và không gian Đức tài trợ đặt mục tiêu phát triển máy tính lượng tử sử dụng công nghệ quang học. Điểm đặc biệt của máy tính lượng tử quang này là hoạt động ở nhiệt độ phòng mà vẫn đạt hiệu suất cao, khác với các máy tính lượng tử khác cần làm lạnh phức tạp.

Mạch quang tích hợp với các đầu nối cáp quang (phía trên và dưới). Tín hiệu điều chế được đưa vào qua các điện cực vàng ở hai bên. Nguồn: Fraunhofer IOF

Hệ thống sử dụng nguồn ánh sáng lượng tử tạo ra các trạng thái ánh sáng đặc biệt, sau đó xử lý chúng trong cấu trúc LNOI tích hợp. Kết quả xử lý có thể được đo lường trực tiếp hoặc tương tác với các qubit khác trong mạng internet lượng tử.

Công nghệ LNOI còn phát huy tác dụng với tín hiệu laser thông thường. Trong khi công nghệ laser đã cách mạng hóa truyền dữ liệu với tốc độ Gbit và Tbit mỗi giây, ánh sáng giờ đây còn giúp tăng tốc xử lý dữ liệu ở cấp độ bộ xử lý.

Lợi thế quan trọng của tín hiệu ánh sáng là băng thông cao hơn nhiều lần so với tín hiệu điện. Bộ xử lý quang có thể xử lý đồng thời nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau trong cùng một ống dẫn sóng.

Công nghệ LNOI do Fraunhofer IOF phát triển đạt tốc độ xử lý trong dải 100 GHz với điện áp điều khiển chỉ vài volt, đây là một đặc điểm nổi bật của công nghệ Jena. "Điều này mang lại lợi thế rõ rệt khi ứng dụng mạch quang tích hợp", TS. Eilenberger nhấn mạnh.

Các mạch quang phù hợp với nhiều tác vụ chuyên biệt, bao gồm các nhiệm vụ điển hình của trí tuệ nhân tạo.

TS. Eilenberger dự báo về tương lai công nghệ LNOI: "Về lâu dài, máy tính quang sẽ thực hiện các tác vụ này nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể so với mạch thông thường".

Trung quốc phát minh tiêu chuẩn tần số kép trong đồng hồ nguyên tử Các nhà khoa học Trung Quốc vừa tạo ra bước đột phá trong lĩnh vực đo lường thời gian khi phát triển thành công tiêu ...

Phát triển công nghệ mô phỏng theo dõi 24.000 electron 'nhảy múa' theo thời gian thực Nhóm nghiên cứu Oak Ridge (Mỹ) đã phát triển công nghệ mô phỏng chuyển động electron siêu nhanh, mở đường cho pin mặt trời và ...

Canada tạo ra chip qubit quang học đầu tiên trên thế giới Công ty máy tính lượng tử Xanadu (Canada) vừa chế tạo thành công qubit quang học chống lỗi đầu tiên trên chip tích hợp.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng