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发送数据的速度很快。精确地说，快如光速。但是，处理数据或压缩数据是一个非常缓慢、消耗能量的过程，物理学家一直在努力解决这个问题;直到现在。
通常情况下，当数据要从一个点传输到另一个点时，它只以“光”的形式存在，而且它的传播速度非常快。
实验物理学家Jonathan Habif解释说:“当你需要快速发送大量数据时，这些数据都是以光的形式存在的。”他是南加州大学Viterbi研究助理教授，负责电气和计算机工程，同时也是南加州大学信息科学研究所(ISI)波士顿办公室的研究负责人。bob国际首页登录
但是处理数据是一个完全不同的步骤。
“无论何时你必须处理数据，它都是通过计算机内的电子完成的。要从通信转向处理，就必须从光到电子再回到光。”
它需要将数据传输到计算机，在那里它可以转换成电子。与数据传输相比，将数据转换和处理为不同的能量形式是一个更长的操作。事实上，数据处理的速度一般被限制在不到数据通信速度的1%左右。
一种新颖的光学加工技术
在国防高级研究计划局(DARPA)的支持下，南加州大学维特比信息科学研究所(ISI)的工程师和物理学家创造了一种新的技术，该技术巩固了数据处理的耗时性质，并减少了从开始到结束所需的能量。bob国际首页登录
Habif的研究团队提出了一种可以整合数据传输和数据处理的技术。该团队展示了一种“光学相关器”，使他们能够在光转换成电子之前就开始处理数据。这样做可以使数据信号和处理速度保持在光速。
Habif说:“我们正在建造光电路，当数据流经通道时，它可以对数据进行一定程度的处理。”通过在数据仍以光的形式进行处理时启动数据处理步骤，它沿两个方向提高了效率:该技术减少了通常会阻塞网络的延迟，同时也减少了功耗。
该技术的另一个方面包括它能够监控不同通信通道之间的数据流。光学相关器查找流经通道的数据的特定模式，如果检测到异常模式，则生成警报。这可能会减少不必要的个人信息流入其他沟通渠道的可能性。
在没有电力的情况下提供电力
南加州大学维特比分校电气与计算机工程杰出教授Alan Willner与Habif合作设计了这项技术，并解释了它在推进电路如何利用电力方面的更大意义，即使在没有外bob国际首页登录部电源的情况下。
新的相关器不仅提高了数据处理的效率，而且所实现的技术也消除了对电路外部电源的需求——即电力。
“通常情况下，如果你有光学电路或光学处理块，你仍然必须应用电信号，”Habif继续说。这一发现明显改变了数据信号和处理的方式。
如果给定位置发生停电，该技术可以灵活地恢复电源，并从远程路由节点控制给定节点的功能。
电力来自传输节点，作为光传输到远程路由节点。
“你从10公里外抛出一个光信号，并将其转化为开关的电压供应，”工程领域的史蒂文和凯瑟琳样本主席威尔纳解释了从传输节点传输能量的机制。“如果一个交换机没有任何本地电源，我们就会向它发送电源，”Willner继续说道。
然后，光被转换成电能，用于控制最初因电力浪涌而关闭的开关——所有这些都在遥远的距离上进行。
除了找到控制远程节点的新方法外，他们项目的另一项创新包括监控交换机，以评估其为远程其他节点供电的有效性。
“想象一下，你有一列开往洛杉矶的火车，在轨道上有一个岔路口，”威尔纳说，“其中一列向左转到洛杉矶，另一列向右转到丹佛。有人在那里用杠杆改变火车的轨道来控制火车的方向。”
但他们问的问题是，如果没有人拉动杠杆怎么办?威尔纳解释说:“我们正在发送信号和能量，我们正在监测它，以确保它朝着正确的方向前进，即使那里没有人。”这项技术可以确保数据像火车一样朝着正确的方向行驶。
未来的另一个探索是寻找在没有任何电池或外部电源的情况下可以传输的最大功率，以及可以多快做到这一点。Habif解释说，硅光子学(利用光而不是电子的电路)有潜力更快地为光学电路供电，并允许用户实现他们想要的任何数据处理功能。南加州大学ECE系的Hossein Hashemi教授领导团队将这项技术应用于硅光子学。
该团队开发的全光相关器技术只是理解光学领域数据处理限制的第一步。随着该团队在DARPA的赞助下向前发展，他们计划继续推动光通信和数据处理之间的界限，以追求一种通信网络架构，使工程师和用户在数据通信环境中不受限制，从而在高性能集群计算和信息安全等不同领域实现一套新的应用程序。
出版于2022年6月14日
最后更新于2022年6月14日
