Новый чип, управляющий терагерцовыми лучами — основа для сверхбыстрого и надежного интернета будущего

Ученые-физики совершили крупный прорыв, разработав крошечное кремниевое устройство, способное вдвое увеличить емкость беспроводных сетей. Оно работает в терагерцовом диапазоне, а эта технология позволяет говорить о новом поколении высокоскоростных сетей, которые полностью изменят взаимодействие с интернетом.

Это нововведение приближает человечество к моменту, когда сверхбыстрая загрузка данных и захватывающие ощущения виртуальной реальности станут повседневной реальностью. Можно будет скачать целый сезон любимого сериала за считанные секунды, а VR будет станет же реальным, как и то, что происходит непосредственно вокруг нас. Именно такие перспективы обещает терагерцовая технология, по сравнению с которой нынешние скорости в диапазонах 4G и 5G кажутся ничтожными.

Новый кремниевый чип размером меньше рисового зерна работает в той части электромагнитного спектра, которая для многих является практически неисследованной территорией — в терагерцовом диапазоне

Терагерцовые волны, которые в электромагнитном спектре находятся между микроволнами и инфракрасным светом, долгое время рассматривались в качестве вероятных кандидатов на революцию в беспроводной связи. Их способность переносить огромные объемы данных является важным преимуществом, однако использование этого потенциала столкнулось с техническими препятствиями. Одним из таких препятствий является управление различными поляризациями терагерцовых волн или ориентациями волновых колебаний.

Для решения этой проблемы ученые разработали «поляризационный мультиплексор» — по сути, систему управления трафиком для терагерцовых волн, позволяющую передавать больше данных одновременно без перегрузки.

По словам разработчиков, поляризационный мультиплексор позволяет передавать несколько потоков данных одновременно в одном и том же диапазоне частот, что фактически удваивает пропускную способность данных. Несмотря на крохотные размеры кремниевого чипа, он может различать и объединять различные поляризации терагерцовых волн с поразительной точностью. Это как получить крошечную, невероятно точную сортировочную машину для световых волн.

Схема работы кремниевого поляризационного мультиплексора. Изображение: Dr Weijie Gao/ Osaka University

Команда использовала кремниевую пластину толщиной 250 мкм с высоким электрическим сопротивлением и технологию глубокого реактивного ионного травления для создания сложных узоров, которые специфическим образом взаимодействуют с терагерцовыми волнами.

Используя специализированное оборудование, ученые подвергли устройство тщательному тестированию. Они продемонстрировали, что устройство может управлять двумя различными поляризациями терагерцовых волн с высокой эффективностью. Оно показало среднюю потерю сигнала всего около одного децибела, что указывает на минимальные потери энергии.

Более того, коэффициент затухания поляризации — мера способности устройства различать поляризации — оставался выше 20 дБ, гарантируя, что данные, передаваемые с использованием различных поляризаций, не будут мешать друг другу.

Исследователи провели реальные испытания: они успешно передали по терагерцовому каналу два отдельных потока видео высокой четкости одновременно, фактически удвоив объем информации, передаваемой по одному каналу. В более сложных тестах с использованием двухпозиционной манипуляции и более сложных схем модуляции им удалось достичь скорости передачи данных до 190 Гбит/с — этого достаточно для загрузки шести фильмов высокой четкости за одну секунду.

Привлекательность этой технологии выходит за рамки перспективы высокоскоростного интернета, а потенциальные сферы ее применения не ограничиваются только более быстрой загрузкой фильмов. Это нововведение может переосмыслить дополненную реальность, сделать возможной бесперебойную удаленную хирургию и даже создать виртуальные миры.