Японские физики впервые разогнали беспроводную связь выше 100 Гбит/с на частоте 560 ГГц
Японские исследователи из Университета Токусимы совместно с коллегами из Университетов Токио и Гифу совершили технологический прорыв, который вплотную приближает эпоху мобильных сетей шестого поколения (6G). Физики продемонстрировали стабильную беспроводную передачу данных по одному каналу на рекордной скорости 112 Гбит/с. Главное достижение эксперимента заключается в том, что сигнал был отправлен в сверхвысокочастотном диапазоне 560 ГГц. Это первый в истории науки случай, когда рубеж скорости в 100 Гбит/с удалось преодолеть на частотах выше 420 ГГц.
Терагерцовый диапазон (выше 300 ГГц) рассматривается инженерами как ключевой фундамент для развёртывания будущих сетей 6G, поскольку он открывает колоссальные по ширине полосы пропускания «информационные магистрали». Однако традиционная кремниевая электроника при попытке работы на частотах выше 350 ГГц упирается в непреодолимые физические ограничения: выходная мощность передатчиков падает до критического минимума, а уровень фазового шума лавинообразно растёт, мгновенно разрушая структуру полезного сигнала. Предыдущие попытки связи на таких частотах обычно ограничивались скоростями в несколько десятков гигабит.
Чтобы обойти этот фундаментальный барьер, команда под руководством профессора Такэси Ясуи (Takeshi Yasui) полностью отказалась от электронных генераторов частоты в пользу радиофотоники. Учёные применили устройство размером меньше человеческого ногтя — солитонный оптический микрогребень (soliton microcomb), выращенный на чипе из нитрида кремния. Этот оптический прибор работает как «квантовая линейка», расщепляя входящий лазерный луч на множество дискретных, идеально выверенных по частоте и фазе световых линий. Наложив на эти линии сложную высокоуровневую модуляцию (16QAM), физики преобразовали свет в терагерцовые радиоволны с беспрецедентной чистотой сигнала.
Источник: Tokushima UniversityПомимо рекордной скорости, авторам работы удалось решить проблему стабильности. Раньше подобные лабораторные схемы страдали от малейших тепловых колебаний и деформировались за пару минут. Инженеры из Токусимы припаяли оптическое волокно напрямую к чипу микрорезонатора, полностью избавив конструкцию от необходимости ювелирной оптической юстировки, и снабдили её системой прецизионного температурного контроля.
Модернизированный прибор бесперебойно проработал в лаборатории более 27 часов, доказав свою надёжность за пределами кратковременных тестов.
Пользователям не стоит ждать мгновенного апгрейда смартфонов: до прямой интеграции терагерцовых чипов в потребительские гаджеты пройдут годы. Физикам ещё предстоит существенно увеличить дальность передачи сигнала за счёт новых конструкций антенн и дополнительно снизить шумы. Первым реальным местом применения этой технологии станет скрытая от глаз пользователей сетевая инфраструктура — магистральные каналы связи (backhaul), соединяющие вышки сотовой связи между собой и с центральными узлами сети. Прежде чем конечные устройства смогут загружать терагерцовые объёмы данных, сама транспортная сеть должна научиться моментально распределять эти гигантские потоки информации.
© iXBT
