Elektronické čipy, například v procesorech a RAM, se po desetiletí spoléhaly na to, že elektrony při komunikaci putují po měděných vodičích. S rostoucím výpočetním výkonem a rychlostí však vyvstal významný problém: elektrony při svém pohybu generují teplo.
To znamená, že s rostoucím výkonem čipů se energie spotřebovaná na přenos dat mezi nimi téměř vyrovná energii potřebné na jejich zpracování. V reakci na tento problém začali vědci zkoumat možnost využití fotonů, částic světla, namísto elektřiny k přenosu informací v rámci čipů nebo mezi nimi. Nejlepší volbou se staly lasery, protože fotony, které vyzařují, jsou dokonale načasované, takže jsou ideální pro přenos přesně zakódovaných informací. I lasery však mají svá omezení: mohou využívat pouze jeden kanál. A ve světě technologií platí, že čím více „informačních řek“, tím lépe.
A právě zde přichází ke slovu nová studie. Představte si, že v minulosti jste mohli posílat zprávy pouze pomocí baterky s jediným bílým světlem (jedné vlnové délky). Řešením je frekvenční hřeben, technologie, která toto bílé světlo rozdělí na desítky barev, z nichž každá je stabilní, koherentní a neruší ostatní. Takto je možné po jediném optickém vlákně posílat desítky různých zpráv současně, všechny v různých barvách a pohybující se rychlostí světla. Nejpůsobivější je, že to vše se děje v zařízení o velikosti nehtu. Zminiaturizovali duhu.
Scientists Accidentally Create a “Rainbow Laser” on a Tiny Chip | https://t.co/30ROqBltyq
— SciTechDaily (@SciTechDaily1) October 9, 2025
Související článek
Tým inženýrů z Kolumbijské univerzity dosáhl tohoto průlomu a uzavřel celou duhu do čipu. Tento vývoj je zásadním krokem k nové éře přenosu informací a energeticky úsporných datových center, která podporují umělou inteligenci.
Průlom, který tým Michala Lipsona publikoval v časopise Nature Photonics, dokazuje, že je možné vytvořit optický frekvenční hřeben, tedy zdroj světla obsahující desítky dokonale uspořádaných barev, uvnitř křemíkového zařízení o velikosti nehtu. Dosud bylo pro generování takového speciálního světla zapotřebí zařízení o velikosti skříně a množství velmi nákladných laserů. Lipson a jeho skupina to zredukovali na jediný, levný, stabilní a škálovatelný kus hardwaru.
Pro pochopení významu tohoto průlomu je užitečné představit si, jak funguje frekvenční hřeben. Na rozdíl od běžného laseru (který vyzařuje jedinou barvu světla) produkuje frekvenční hřeben mnoho různých vlnových délek, které jsou od sebe vzdáleny s matematickou přesností. Při pohledu na spektrometr se jeví jako řada stejně vzdálených vrcholů: „zubů“ hřebenu.
Každý z těchto zubů může nést jinou informaci, aniž by se rušil s ostatními. V telekomunikacích to znamená, že jediné optické vlákno může přenášet desítky paralelních datových toků, čímž se znásobí kapacita bez nutnosti přidávat další kabely nebo zvyšovat výkon. Jedná se o princip multiplexování s dělením podle vlnové délky (WDM), technologie, která na konci 20. století umožnila vznik internetu, nyní znovuobjevený v podobě čipů.
„Spojili jsme výkon průmyslového laseru s přesností optických hodin, a to vše na jediném čipu,“ vysvětluje ve svém prohlášení inženýr Andrés Gil-Molina, vedoucí studie.
Datová centra, která pohánějí umělou inteligenci, jsou nasycená: spotřebovávají obrovské množství energie a potřebují přesouvat informace mezi procesory stále větší rychlostí. V současnosti každý optický kanál často vyžaduje vlastní laser, který zabírá místo a generuje teplo.
Nové zařízení dokáže nahradit desítky laserů jediným čipem, který generuje všechny potřebné světelné kanály. Tím se zmenší velikost hardwaru, zlevní se infrastruktura a především se sníží spotřeba energie, která je jednou z velkých technologických a klimatických výzev 21. století.
„Tento průlom přichází v pravý čas,“ dodává Lipson. Poptávka po výkonném a efektivním osvětlení je obrovská a tento druh integrace může změnit architekturu datových center.
Dopad však zdaleka přesahuje rámec internetu. Kompaktní a stabilní frekvenční hřeben je mimořádně univerzální nástroj. Lze jej využít pro technologii LiDAR, která je schopna mapovat objekty s milimetrovým rozlišením a nízkými náklady, což je ideální pro autonomní vozidla.
Uplatní se také v přenosné spektroskopii, která by mohla odhalovat škodliviny nebo diagnostikovat nemoci bez objemného vybavení, nebo v miniaturních optických hodinách, nejpřesnějších na světě, nezbytných pro synchronizaci kvantových sítí nebo systémů GPS. V kvantové výpočetní technice, kde fotony různých frekvencí mohou kódovat a splétat kvantové informace.
Jinými slovy: zkrocením světla se otevírají dveře na všech úrovních, od čipů umělé inteligence až po přístroje na měření času budoucnosti . A ty by stály stejně jako dnešní přístroje.