Pesquisadores desenvolvem chip fotônico de micro-ondas com processamento de sinal ultrarrápido

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Wang Cheng, do Departamento de Engenharia Elétrica da City University de Hong Kong, desenvolveu com sucesso um chip fotônico de microondas (MWP) líder mundial. Este chip é capaz de utilizar o princípio óptico para realizar processamento e computação de sinais eletrônicos analógicos ultrarrápidos.
O chip não é apenas 1000 vezes mais rápido que os processadores eletrônicos convencionais, mas também consome menos energia. Sua ampla gama de aplicações abrange uma variedade de áreas, como sistemas de comunicação sem fio 5/6G, sistemas de radar de alta resolução, inteligência artificial, visão computacional e processamento de imagem/vídeo.
A equipe colaborou com a Universidade Chinesa de Hong Kong na pesquisa, que foi publicada na revista Nature, intitulada Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
Com a rápida expansão das redes sem fio, da Internet das Coisas (IoT) e dos serviços baseados em nuvem, a demanda por sistemas de RF subjacentes cresceu exponencialmente. A tecnologia fotônica de micro-ondas (MWP) oferece uma solução eficaz para esses desafios com suas vantagens exclusivas de geração, transmissão e processamento de sinais de micro-ondas utilizando componentes ópticos. No entanto, os sistemas MWP integrados têm enfrentado vários desafios, como a realização simultânea de processamento de sinais analógicos de ultra-alta velocidade, integração em escala de chip, alta fidelidade e baixo consumo de energia.
Para enfrentar esses desafios, a equipe de pesquisa do Prof. Wang Cheng desenvolveu um novo sistema MWP. O sistema integra de forma inovadora conversão eletro-óptica (EO) ultrarrápida com processamento de sinal multifuncional de baixa perda em um único chip, uma conquista que nunca foi realizada em pesquisas anteriores.
Esse excelente desempenho é possível graças a um mecanismo de processamento MWP integrado baseado em uma plataforma de niobato de lítio (LN) de filme fino. Este mecanismo é capaz de realizar uma ampla gama de processamento de sinais analógicos e tarefas computacionais. De acordo com o relatório, este chip não só possui uma largura de banda de processamento ultralarga de 67 GHz, mas também possui excelente precisão computacional.
Ao longo dos anos, a equipe tem trabalhado na pesquisa de plataformas fotônicas integradas de LN. Vale ressaltar que em 2018, colegas da Universidade de Harvard e do Nokia Bell Labs desenvolveram o primeiro modulador eletro-óptico integrado compatível com CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) do mundo em uma plataforma de niobato de lítio de filme fino (LN), que estabeleceu um sólido base para o atual avanço da pesquisa. O niobato de lítio de película fina (LN) foi apelidado de "silício da fotônica" devido à sua importância no campo da fotônica, que é comparável ao silício na microeletrônica.
Este trabalho não apenas abre um novo campo de pesquisa - fotônica de micro-ondas de niobato de lítio (LN) de filme fino, mas também permite chips fotônicos de micro-ondas com tamanho compacto, alta fidelidade de sinal e baixa latência, entre outras vantagens. Mais importante ainda, este avanço representa uma nova direção para processamento eletrônico analógico em escala de chip e motores de computação.