Um avanço revolucionário no processamento de sinais ópticos pode moldar o futuro da computação de dados. Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Xinliang Zhang (Huazhong University of Science and Technology), Prof. Yikai Su (Shanghai Jiao Tong University), Prof. Kun Qiu (University of Electronic Science and Technology of China) e o Acadêmico Ninghua Zhu (Nankai University) desenvolveu um chip de processamento de sinais puramente óptico (AOSP) programável e integrado monolithicamente. Os resultados, publicados em 15 de junho de 2025 na Frontiers of Optoelectronics, demonstram funcionalidades versáteis como filtragem, operações lógicas e regeneração de sinal, estabelecendo novos padrões para redes ópticas.
Na era do Big Data, os sistemas tradicionais de processamento de sinais elétricos estão atingindo seus limites, especialmente em termos de capacidade e consumo de energia. Mais de 90% dos dados são transmitidos por ondas de luz, mas o processamento é predominantemente elétrico, o que é ineficiente. O processamento de sinais puramente ópticos (AOSP) oferece uma solução ao processar dados diretamente no domínio óptico, reduzindo drasticamente a complexidade do sistema, os custos e o consumo de energia. A fotônica baseada em silício, compatível com a tecnologia CMOS existente, prova ser uma plataforma ideal.
A equipe superou desafios centrais da tecnologia de silício, como altas perdas de transmissão e efeitos não lineares fracos, por meio de processos de fabricação e materiais inovadores. Eles desenvolveram guias de onda de perda ultrabaixa (0,17 dB/cm) e microressonadores com um fator Q de 2,1 milhões. Estruturas inovadoras, como guias de onda PIN, guias de onda de fenda e guias de onda multimodo, aumentaram a não linearidade, enquanto tecnologias de empacotamento avançadas minimizaram a interferência óptica e térmica.
O chip demonstrou desempenho impressionante: um filtro fotônico programável com largura de banda ajustável de 0,55 pm a 648,72 pm e uma faixa espectral livre de 0,06 nm a 1,86 nm permite manipulação precisa da luz. Operações lógicas a 100 Gbit/s foram realizadas em um array lógico óptico, assim como regeneração de amplitude e fase multicanal para vários formatos de modulação (DPSK, OOK, QPSK). Um único chip integra 136 componentes e processa até 800 Gbit/s em oito canais, com uma eficiência de conversão FWM de -12 dB.
"Este chip estabelece a base para redes ópticas escaláveis e de alto desempenho", enfatiza o Prof. Zhang. A combinação de reconfigurabilidade, multifuncionalidade e baixo consumo de energia abre aplicações em comunicação óptica, computação de alto desempenho, imagem e sensoriamento. Melhorias futuras em nanofabricação e materiais podem aumentar ainda mais o desempenho, especialmente para aplicações de computação clássica e não clássica.
O estudo, financiado por um programa nacional de pesquisa chinês, marca um marco na fotônica de silício e pode mudar fundamentalmente a forma como processamos dados.
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