从量子到无线：利用太赫兹技术增强芯片级通信

Josiah02

随着计算技术的进步，我们已经从使用大型单芯片处理器转向由更小的专用芯片（称为“芯片”）组成的系统。这些芯片协同工作以提高处理能力和效率。
这种转变至关重要，因为我们已经达到了单个芯片上可容纳晶体管数量的物理极限。随着晶体管的缩小，过热和功率效率低下等问题变得更加严重。[ 1 ] 在一个系统中使用多个芯片可以提高计算能力，而不会面临这些物理限制。
芯片间通信的挑战
传统上，芯片内的通信由称为片上网络 (NoC) 的系统管理，该系统的作用类似于数据高速公路。随着系统变得越来越复杂，尤其是有多个芯片时，这种方法变得效率低下。数据必须通过更多网格点传输得更远，从而减慢通信速度并增加能耗。
当我们将这种方法扩展到各种芯片时，我们创建了所谓的网络封装 (NiP)。然而，由于有线连接主导着数据传输，同样的问题（延迟、能源效率低下和有限的可扩展性）仍然存在。
为了解决这些问题，研究人员正在探索芯片级的无线通信。芯片不再依赖电线，而是使用微型天线进行无线通信。
太赫兹 (THz) 频率是介于红外线和微波之间的电磁波，可提供高速数据传输，是此类应用的理想选择。然而，THz 信号对噪声极为敏感，会干扰通信，并使解码传输的数据变得更加困难。
Floquet 工程：改进信号检测
我们的研究利用 Floquet 工程解决了这个问题，这是一项量子物理学技术，有助于控制材料在暴露于高频信号时电子的行为。[ 2,3,4 ] 该技术使系统对某些频率的响应更快，即使在嘈杂的条件下也能提高对 THz 无线信号的检测和解码能力。
我们将这种方法应用于二维半导体量子阱 (2DSQW)，这是一种非常薄的半导体材料层，可将电子运动限制在二维范围内。这种设置增强了系统检测 THz 信号的能力，即使在噪声干扰很高的情况下也是如此。我们的研究发表在IEEE 通信领域精选期刊上。
双信号架构，通信更准确
为了进一步改善噪声处理，我们开发了一种双信号架构，其中两个接收器协同工作以监控信号。此设置允许系统根据检测到的噪声水平调整一个称为参考电压的关键参数。这种实时调整显著提高了信号解码的准确性。
我们的模拟表明，与传统的单接收器系统相比，这种双信号系统降低了错误率，确保了在嘈杂环境中的可靠通信 - 这是芯片级无线通信的关键要求。
通过克服噪声和信号衰减的挑战，我们的双信号技术标志着为芯片开发高速、抗噪声无线通信方面取得了重大进展。这项创新使我们更接近为未来技术创建更高效​​、可扩展且适应性更强的计算系统。
本报道是Science X Dialog的一部分，研究人员可以在此报告其已发表研究论文的发现。访问此页面可了解有关 Science X Dialog 的信息以及如何参与。