Чтобы удовлетворить растущий спрос на высокоскоростную передачу данных, исследователи пытаются разработать более мощные, гибкие и компактные усилители. Несмотря на то, что ускорители ИИ, центры обработки данных и высокопроизводительные вычислительные системы обрабатывают постоянно растущие объемы данных, недостатки существующих оптических усилителей становятся все более очевидными. Решения, вроде раманоских волоконно-оптических усилителей, зачастую оказываются слишком сложными и энергозатратными, пишет EurekAlert.

Ученые из Федеральной политехнической школы в Лозанне и из IBM Research Europe в Цюрихе разработали параметрический усилитель бегущей волны (TWPA) на основе фотонного чипа, который обеспечивает сверхширокополосное усиление сигнала в беспрецедентно компактной форме.

Используя технологию фосфида галлия на диоксиде кремния, новый усилитель достигает чистого усиления свыше 10 дБ в полосе пропускания приблизительно 140 нм — в три раза шире, чем обычный EDFA C-диапазона.

Вместо редкоземельных элементов, которые применяют в большинстве усилителей, новая разработка использует оптическую нелинейность — свойство, при котором свет взаимодействует с веществом, чтобы усиливать себя. Крошечный спиральный волновод усиливает световые волны, усиливают друг друга, повышая мощность сигнала без увеличения уровня шума. Этот метод не только делает усилитель более эффективным, но и позволяет ему работать в гораздо более широком диапазоне длин волн, и все это в компактном устройстве размером с чип.

Испытания показали, что усилитель на основе фосфида галлия дает прибавку до 35 дБ, поддерживая низкий уровень шума. Вдобавок, он в состоянии усилить чрезвычайно слабые сигналы, увеличивая входную мощность в миллион раз. Эти особенности позволяют легко адаптировать устройство к областям применения за пределами телекоммуникаций.

Кроме того, усилитель улучшил характеристики оптических частотных гребенок и когерентных сигналов связи — двух ключевых технологий в современных оптических сетях и фотонике — показав, что такие фотонные интегральные схемы могут превосходить традиционные системы усиления на основе волокон.

Частицы света могли бы, в теории, передавать данные намного быстрее, чем электроны, но классические компьютеры не приспособлены для работы с фотонами. Канадская компания Xanadu первой в мире скомбинировала все подсистемы, необходимые для создания универсального и отказоустойчивого квантового компьютера в фотонной архитектуре.