Путь к беспроводным сетям 6G стал немного более гладким. Ученые совершили значительный скачок вперед в терагерцовой технологии, потенциально революционизировав то, как мы общаемся в будущем. Международная группа разработала крошечное кремниевое устройство, которое может удвоить пропускную способность беспроводных сетей, приближая нас к обещаниям 6G и далее.

Представьте себе мир, в котором вы можете загрузить целый сезон любимого шоу за считанные секунды или где виртуальная реальность ощущается такой же реальной, как, ну, реальность. Вот что, по мнению ученых, терагерцовая технология может потенциально принести миру. Их работа опубликована в журнале Laser & Photonics Review.

Это крошечное чудо, кремниевый чип размером меньше рисового зерна, работает в части электромагнитного спектра, о которой большинство из нас никогда не слышало: терагерцовом диапазоне. Представьте себе электромагнитный спектр как огромную магистраль информации.

В настоящее время мы движемся по относительно медленным полосам 4G и 5G. Терагерцовая технология? Это скоростная полоса, обещающая скорости, по сравнению с которыми наши нынешние сети выглядят как конные экипажи.

Терагерцовые волны занимают золотую середину в электромагнитном спектре между микроволнами и инфракрасным светом. Они давно рассматриваются как перспективный рубеж для беспроводной связи, поскольку могут переносить огромные объемы данных. Однако использование этого потенциала было сложным из-за технических ограничений.

Новое устройство исследователей, называемое «поляризационным мультиплексором», решает одну из ключевых проблем в терагерцовой связи: эффективное управление различными поляризациями терагерцовых волн. Поляризация относится к ориентации колебаний волны. Умело манипулируя этими поляризациями, команда по сути создала систему управления движением для терагерцовых волн, что позволяет передавать больше данных одновременно.

Если это звучит как техноболтовня, представьте себе, что это регулировщик движения для данных, способный направить вдвое больше информации по той же дороге, не создавая пробок.

«Наш предлагаемый поляризационный мультиплексор позволит передавать несколько потоков данных одновременно в одном и том же диапазоне частот, эффективно удваивая емкость данных», — объясняет ведущий исследователь профессор Витават Витачачумнанкул из Университета Аделаиды в своем заявлении.

В основе этого нововведения лежит компактный кремниевый чип размером всего несколько миллиметров в поперечнике. Несмотря на свой небольшой размер, этот чип может разделять и объединять терагерцовые волны с различной поляризацией с поразительной эффективностью. Это похоже на крошечную, невероятно точную сортировочную машину для световых волн.

Для создания этого устройства исследователи использовали кремниевую пластину толщиной 250 микрометров с очень высоким электрическим сопротивлением. Они использовали технику, называемую глубоким реактивным ионным травлением, чтобы вырезать сложные узоры в кремнии. Эти узоры, состоящие из тщательно спроектированных отверстий и структур, образуют то, что известно как «эффективная среда» — материал, который взаимодействует с терагерцовыми волнами определенным образом.

Затем команда подвергла свое устройство ряду испытаний с использованием специализированного оборудования. Они использовали векторный сетевой анализатор с модулями расширения, способными генерировать и обнаруживать терагерцовые волны в диапазоне 220–330 ГГц с минимальной потерей сигнала. Это позволило им измерить, насколько хорошо устройство может обрабатывать различные поляризации терагерцовых волн в широком диапазоне частот.

«Эта большая относительная полоса пропускания является рекордной для любых интегрированных мультиплексоров, найденных в любом диапазоне частот. Если бы ее масштабировали до центральной частоты оптических диапазонов связи, такая полоса пропускания могла бы охватывать все оптические диапазоны связи».

В своих экспериментах исследователи продемонстрировали, что их устройство может эффективно разделять и объединять две различные поляризации терагерцовых волн с высокой эффективностью. Устройство показало среднюю потерю сигнала всего около 1 децибела — удивительно низкий показатель, который указывает на то, что в этом процессе теряется очень мало энергии. Еще более впечатляющим было то, что устройство поддерживало коэффициент затухания поляризации (меру того, насколько хорошо оно может различать различные поляризации) более 20 децибел во всем своем рабочем диапазоне. Это имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы данные, передаваемые на разных поляризациях, не мешали друг другу.

Чтобы оценить потенциал этой технологии, исследователи провели несколько реальных испытаний. В одной из демонстраций они использовали свое устройство для передачи двух отдельных потоков видео высокой четкости одновременно по терагерцовому каналу. Это демонстрирует способность технологии обрабатывать несколько потоков данных одновременно, фактически удваивая объем информации, который может быть отправлен по одному каналу.

Но команда не остановилась на этом. В более сложных тестах они расширили пределы скорости передачи данных. Используя технику, называемую «вкл-выкл» манипуляцией, они достигли безошибочной скорости передачи данных до 64 гигабит в секунду. Когда они использовали более сложную схему модуляции (16-QAM), они достигли ошеломляющей скорости передачи данных до 190 гигабит в секунду. Это примерно эквивалентно загрузке 24 гигабайт — или около шести фильмов высокой четкости — за одну секунду. Это ошеломляющий скачок по сравнению с современными беспроводными технологиями.

Тем не менее, исследователи говорят, что дело не только в скорости. Это устройство также невероятно универсально.

«Это нововведение не только повышает эффективность систем связи терагерцового диапазона, но и прокладывает путь для более надежных и надежных высокоскоростных беспроводных сетей», — добавляет доктор Вэйцзе Гао, научный сотрудник Университета Осаки и соавтор исследования.

Последствия этой технологии выходят далеко за рамки более быстрой загрузки Netflix. Мы говорим о достижениях, которые могут произвести революцию в дополненной реальности, сделать возможной бесперебойную удаленную хирургию или создать виртуальные миры, настолько захватывающие, что вы забудете, что они не реальны. А что самое лучшее? Это не какая-то далекая мечта.

«Мы ожидаем, что в течение следующих одного-двух лет исследователи начнут изучать новые приложения и совершенствовать технологию», — говорит профессор Масаюки Фудзита из Университета Осаки.

Поэтому, хотя вы, возможно, и не найдете терагерцовый чип в своем следующем обновлении смартфона, не удивляйтесь, если в не столь отдаленном будущем вы будете транслировать голографические видеозвонки или управлять интеллектуальными устройствами с помощью разума. Терагерцовая революция уже близко, и она несет будущее, которое быстрее, более взаимосвязано и более захватывающе, чем мы когда-либо себе представляли.