ソウル国立大学とソウル市立大学の国際共同研究チームは、要求に応じて光を減速させることができる革新的なプログラマブルフォトニックチップを発表しました。この開発は、従来の電気信号の代わりに、はるかに高速で、わずかに多くのエネルギーしか必要としない光波を使用する、光コンピューティングにおける画期的な進歩への道を開きます。
この研究は、ソウル国立大学（電気・情報工学部）のナムキョ・パーク教授とスンキュ・ユ教授が、ソウル市立大学のシャンジ・ピャオ教授と共同で主導しました。研究の理論的基盤を開発した博士号取得者のスンギュン・パーク（ソウル国立大学およびKAIST PICOREイノベーションセンター）と大学院生のボムジュン・チェ（ソウル国立大学）の2人の若手研究者が、開発において重要な役割を果たしました。彼らの研究は、Advanced Science誌に「Spinor Representation of Generalized Coupled-Resonator-Induced Transparency for Fully Programmable Slow Light」というタイトルで掲載されました。
光システムの長年の問題は、光が定義上あまりにも速く移動し、単純な制御ができないことです。光コンピューティングシステムでの信号同期、データバッファリング、メモリ作成には、制御可能な遅延が必要です。従来の結合共振器誘起透明性（CRIT）効果に基づくデバイスは、製造段階で特性が固定されており、後から再調整することは不可能でした。
研究者たちは、根本的に新しいアプローチを提案しました。静的な構造の代わりに、共振器の2つの光状態（明るいモードと暗いモード）を1つの自由度として結合し、制御可能なフィードバックループ要素を追加しました。主な革新は、量子力学の数学的記述であるスピン表現を使用することで、設定のための完全な自由度セットを取得できたことです。その結果、チップは製造後、さらには動作中でも動的に再構成できます。
プログラマブルチップは、光の伝搬速度だけでなく、帯域幅、光信号の形状、伝送効率、周波数特性も制御します。窒化ケイ素（シリコンフォトニクスの標準材料）プラットフォームでの数値シミュレーションは、光損失、技術的パラメータのばらつき、熱効果といった実際の干渉に対するデバイスの高い耐性を示しました。
この技術が商業化されれば、1つのマイクロチップが信号遅延の調整から周波数変換まで、複数の機能を同時に実行できるようになり、プログラム可能な光学システムとして機能します。これは、すでに莫大な電力需要を抱えているデータセンターやAIサーバーのエネルギー消費を劇的に削減し、光学機器をより小型で安価にすることができます。
ナムキョ・パーク教授は、スピン表現を使用した新しい設計原理が、フォトニック集積回路の柔軟性を大幅に向上させ、必要に応じて光の流れを再構成できるようになったことを強調しました。著者たちは、シリコンフォトニクスに基づく大規模システムや、まだその可能性を解き明かし始めたばかりの分野であるフォトニックAI技術とのハイブリッド化に向けて、この技術を発展させることを計画しています。
共同研究者のスンギュン・パーク博士とボムジュン・チェ大学院生は、光共振器の物理学を新しい視点から再考することで、これまで考えられなかった機能への扉が開かれたと付け加えました。この研究は、韓国科学技術情報通信部の革新研究センター、基礎研究ラボ、若手研究者プログラムを通じて支援を受けました。
