Một nhóm các nhà khoa học quốc tế từ Đại học Quốc gia Seoul và Đại học Seoul đã giới thiệu một chip photon lập trình mang tính cách mạng, có khả năng làm chậm ánh sáng theo yêu cầu. Phát triển này mở đường cho một bước đột phá trong tính toán quang học: thay vì tín hiệu điện truyền thống, có thể sử dụng sóng ánh sáng, nhanh hơn nhiều nhưng chỉ tiêu tốn năng lượng không đáng kể.
Nghiên cứu được dẫn dắt bởi các giáo sư Namkyoo Park và Sungkyu Yu từ Đại học Quốc gia Seoul (Khoa Kỹ thuật Điện & Khoa học Máy tính) cùng với Giáo sư Xianjin Piao từ Đại học Seoul. Hai nhà khoa học trẻ đã đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển: Tiến sĩ Seunghyun Park (Đại học Quốc gia Seoul và Trung tâm Đổi mới PICORE tại KAIST) và nghiên cứu sinh Boamjun Chae (Đại học Quốc gia Seoul), những người đã xây dựng nền tảng lý thuyết cho nghiên cứu. Công trình của họ được công bố trên tạp chí Advanced Science với tiêu đề “Ánh sáng chậm có thể lập trình hoàn toàn dựa trên biểu diễn spin của sự trong suốt cộng hưởng được kích hoạt tổng quát”.
Vấn đề của các hệ thống quang học đã được biết đến từ lâu: ánh sáng theo định nghĩa di chuyển quá nhanh và khó kiểm soát đơn giản. Để đồng bộ hóa tín hiệu, lưu trữ dữ liệu đệm và tạo bộ nhớ trong các hệ thống tính toán quang học, cần có độ trễ thời gian có thể điều khiển được. Các thiết bị truyền thống dựa trên hiệu ứng cộng hưởng được kích hoạt trong suốt (CRIT) có đặc tính cố định trong quá trình sản xuất – không thể điều chỉnh lại sau đó.
Các nhà khoa học đã đề xuất một cách tiếp cận hoàn toàn mới. Thay vì cấu trúc tĩnh, họ kết hợp hai trạng thái quang học – chế độ cộng hưởng sáng và tối – thành một bậc tự do duy nhất và bổ sung các phần tử kết nối vòng có thể điều khiển được. Đổi mới chính: sử dụng biểu diễn spin (mô tả toán học từ cơ học lượng tử) đã cho phép có được một tập hợp đầy đủ các bậc tự do để điều chỉnh. Kết quả: chip có thể được cấu hình lại một cách động, ngay cả sau khi sản xuất và thậm chí trong quá trình hoạt động.
Chip lập trình kiểm soát không chỉ tốc độ truyền ánh sáng, mà còn cả băng thông, hình dạng tín hiệu quang học, hiệu quả truyền và đặc tính tần số. Mô phỏng số trên nền tảng silicon nitride (vật liệu tiêu chuẩn của photonics silicon) cho thấy khả năng chống chịu nhiễu thực tế cao của thiết bị: suy hao quang học, sai số chế tạo và hiệu ứng nhiệt.
Nếu công nghệ được thương mại hóa, một con chip như vậy có thể thực hiện đồng thời nhiều chức năng – từ điều chỉnh độ trễ tín hiệu đến chuyển đổi tần số, hoạt động như một hệ thống quang học có thể lập trình. Điều này có thể làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu và máy chủ trí tuệ nhân tạo, vốn đã đòi hỏi công suất khổng lồ, và làm cho thiết bị quang học trở nên nhỏ gọn và rẻ hơn.
Giáo sư Namkyoo Park nhấn mạnh rằng nguyên tắc thiết kế mới sử dụng biểu diễn spin làm tăng đáng kể tính linh hoạt của mạch tích hợp photon và cho phép điều chỉnh dòng ánh sáng khi cần thiết. Các tác giả có kế hoạch phát triển công nghệ theo hướng các hệ thống quy mô lớn dựa trên photonics silicon và các kết hợp của nó với các công nghệ trí tuệ nhân tạo photon – một lĩnh vực mới bắt đầu bộc lộ tiềm năng của nó.
Đồng tác giả nghiên cứu – Tiến sĩ Seunghyun Park và nghiên cứu sinh Boamjun Chae – bổ sung rằng việc nhìn nhận lại vật lý của các bộ cộng hưởng quang học từ một góc độ mới mở ra những khả năng mà trước đây chưa từng được nghĩ đến. Công trình đã nhận được sự hỗ trợ từ Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin và Truyền thông Hàn Quốc thông qua các chương trình trung tâm nghiên cứu đổi mới, phòng thí nghiệm nghiên cứu cơ bản và chương trình dành cho các nhà nghiên cứu trẻ.
