控制太赫兹光束的芯片为未来的超高速互联网奠定了基础

Josiah02

想象一下，未来的互联网连接不仅速度快如闪电，而且非常可靠，即使在拥挤的空间也是如此。得益于太赫兹通信技术的新研究，这一愿景正在迅速接近现实。这些创新将改变无线通信，特别是随着通信技术向下一代网络 6G迈进。
我是一名专注于光子学的工程师，光子学是研究光和其他电磁波如何产生和检测的。在这项研究中，我和我的同事开发了一种硅拓扑波束形成器芯片。该论文发表在《自然》杂志上。拓扑
太赫兹频率对于电信公司计划在 2030 年左右推出的6G 至关重要。当前无线网络使用的无线电频谱正变得越来越拥挤。太赫兹波提供了一种解决方案，它利用了微波和红外线之间相对未占用的电磁频谱部分。这些较高的频率可以承载大量数据，使其成为未来数据密集型应用的理想选择。
我们的芯片从单一来源获取太赫兹信号，并将其分割成 54 个较小的信号，然后引导这些信号通过 184 个具有 134 个急转弯的微小通道。每束信号可以以每秒 40 到 72 千兆比特的速度传输和接收数据，比当今的 5G 网络快很多倍。
在人工智能的帮助下，我们将芯片设计成具有特定的微观蜂窝状图案，以形成太赫兹波的通道。通道阵列发出强大的聚焦光束，覆盖芯片周围的整个 360 度。这使得使用该芯片的 Wi-Fi 路由器或其他通信设备周围的手机或其他无线设备可以接收高速信号。我们通过将流式高清视频的输入信号分成四个输出光束来演示该芯片。
无线网络中的波束形成器
与 4G 和 5G 网络中使用的低频信号相比，太赫兹波的传播范围较短。太赫兹波束形成器通过精确引导高频信号来确保它们无损或无衰减地到达目的地，从而解决了这一难题。
波束形成器对于下一代无线通信至关重要。与无差别地广播信号的传统天线不同，波束形成器将信号集中在特定方向上，从而提高效率和可靠性。我们的芯片可确保这些波束覆盖所有方向。
这种集中式方法不仅扩大了信号范围，而且提高了信号质量，即使是在长距离上也是如此。随着全球联网设备数量不断增加，波束形成器可能在通过减少干扰来管理稳定连接方面发挥关键作用。
太赫兹波束成形的未来
太赫兹波束成形芯片对日常生活的潜在影响是深远的。例如，这些芯片可以在几秒钟内下载一部 4K 超高清电影，而现在使用 W-Fi 则需要 11 分钟，或者支持沉浸式虚拟和增强现实体验，不会有任何延迟。
除了娱乐之外，它们还可以实现实时全息通信，使人们以栩栩如生的全息图形式出现。智能城市可以使用这项技术无缝协调交通系统和应急响应，而医疗保健可以从远程手术中受益，医生可以从远处控制机器人器械。
太赫兹波束成形芯片克服了高频信号传输的挑战，在更快、更可靠的无线通信道路上迈出了重要一步。