Put do 6G bežičnih mreža postao je malo lakši. Naučnici su napravili značajan korak napred u terahercnoj tehnologiji, potencijalno revolucionarni način na koji ćemo komunicirati u budućnosti.
Međunarodni tim je razvio mali silicijumski uređaj koji bi mogao da udvostruči kapacitet bežičnih mreža, približavajući nas obećanju 6G i dalje.
Zamislite svet u kojem možete preuzeti celu sezonu svoje omiljene serije za nekoliko sekundi ili u kojem virtuelna stvarnost deluje tako stvarno kao, pa, stvarnost. Naučnici veruju da terahercna tehnologija može doneti upravo to. Njihov rad je objavljen u časopisu Laser & Photonics Review.
Silicijumski čip, manji od zrna pirinča
Ovo malo čudo, silicijumski čip manji od zrna pirinča, radi u delu elektromagnetnog spektra za koji većina nas nikada nije čula: terahercni opseg. Zamislite elektromagnetni spektar kao ogromni informativni autoput.
Trenutno se krećemo relativno sporim trakom sa 4G i 5G tehnologijama. Terahercna tehnologija? To je brza traka, obećavajući brzine koje naše trenutne mreže čine smešno sporim u poređenju.
Šta je polarizacioni multiplekser?
Terahercni talasi zauzimaju zlatnu sredinu u elektromagnetnom spektru između mikrotalasa i infracrvene svetlosti. Već dugo se smatraju obećavajućim područjem za bežičnu komunikaciju jer mogu preneti ogromne količine podataka.
Međutim, iskorišćavanje ovog potencijala bilo je izazovno zbog tehničkih ograničenja.
Novi uređaj istraživača, nazvan „polarizacioni multiplekser“, rešava jedan od ključnih problema u terahercnoj komunikaciji: efikasno upravljanje različitim polarizacijama terahercnih talasa.
Polarizacija se odnosi na orijentaciju oscilacije talasa. Pametnom manipulacijom ovim polarizacijama, tim je praktično stvorio sistem za kontrolu saobraćaja za terahercne talase, omogućavajući prenos većih količina podataka istovremeno.
Ako vam ovo zvuči kao tehnički žargon, zamislite to kao saobraćajca za podatke, koji može usmeriti dvostruko više informacija kroz isti put bez zagušenja.
Kako je kreiran ovaj uređaj?
Srce ove inovacije je kompaktni silicijumski čip koji meri samo nekoliko milimetara. Uprkos svojoj maloj veličini, ovaj čip može razdvojiti i kombinovati terahercne talase različitih polarizacija sa izuzetnom efikasnošću. To je kao da imate malu, izuzetno preciznu mašinu za sortiranje svetlosnih talasa.
Da bi kreirali ovaj uređaj, istraživači su koristili silicijumski wafer debljine 250 mikrometara sa veoma visokim električnim otporom. Upotrebili su tehniku nazvanu duboko reaktivno jonsko urezivanje kako bi urezali složene šare u silicijum.
Ove šare, koje se sastoje od pažljivo dizajniranih rupa i struktura, formiraju takozvani „efektivni medijum“ – materijal koji na specifične načine reaguje sa terahercnim talasima.
Tim je podvrgao ovaj uređaj brojnim testiranjima
Tim je zatim podvrgao svoj uređaj brojnim testovima koristeći specijalizovanu opremu. Koristili su vektorski mrežni analizator sa modulima za produženje koji su mogli da generišu i detektuju terahercne talase u opsegu od 220-330 GHz uz minimalni gubitak signala.
Ovo im je omogućilo da mere kako uređaj rukuje različitim polarizacijama terahercnih talasa u širokom frekvencijskom opsegu.
„Ovaj veliki relativni opseg je rekord za bilo koji integrisani multiplekser u bilo kojem frekvencijskom opsegu. Da je skaliran na centralnu frekvenciju optičkih komunikacionih opsega, takav opseg bi mogao da pokrije sve optičke komunikacione opsege.“
U svojim eksperimentima, istraživači su pokazali da njihov uređaj može efikasno razdvojiti i kombinovati dve različite polarizacije terahercnih talasa sa visokom efikasnošću.
Izuzetno mali gubitak energije u procesu
Uređaj je pokazao prosečni gubitak signala od samo oko 1 decibela – izuzetno niska vrednost koja ukazuje na vrlo mali gubitak energije u procesu. Još impresivnije, uređaj je održao odnos ekstinkcije polarizacije (mera koliko dobro razlikuje različite polarizacije) veći od 20 decibela u celom opsegu rada.
Ovo je ključno kako bi se obezbedilo da podaci preneseni na različitim polarizacijama ne ometaju jedni druge.
Da bi stavili potencijal ove tehnologije u perspektivu, istraživači su sproveli nekoliko testova u stvarnom svetu. U jednoj demonstraciji, koristili su svoj uređaj za prenos dva odvojena video strima u visokoj definiciji istovremeno preko terahercne veze.
Ovo pokazuje sposobnost tehnologije da upravlja sa više tokova podataka odjednom, efektivno udvostručujući količinu informacija koje mogu biti poslate kroz jedan kanal.
Ogroman skok u odnosu na trenutne bežične tehnologije
Ali tim se nije zaustavio tu. U naprednijim testovima, testirali su granice brzine prenosa podataka. Koristeći tehniku nazvanu uključivanje-isključivanje (on-off keying), postigli su brzine prenosa podataka do 64 gigabita po sekundi bez grešaka.
Kada su koristili složeniju šemu modulacije (16-QAM), dostigli su zapanjujuće brzine prenosa podataka do 190 gigabita po sekundi.
To je otprilike jednako preuzimanju 24 gigabajta – ili otprilike šest filmova u visokoj definiciji – u jednoj sekundi. To je ogroman skok u odnosu na trenutne bežične tehnologije.
Ipak, istraživači kažu da se ne radi samo o brzini. Ovaj uređaj je takođe izuzetno svestran.
„Ova inovacija ne samo da poboljšava efikasnost terahercnih komunikacionih sistema, već otvara put za robusnije i pouzdanije bežične mreže visokih brzina“, dodaje dr. Veijie Gao, postdoktorand na Univerzitetu u Osaki i koautor studije.
Implikacije ove tehnologije sežu daleko dalje od bržeg preuzimanja sa Netflix-a. Govorimo o napretku koji bi mogao revolucionisati proširenu stvarnost, omogućiti besprekorno daljinsko obavljanje hirurških zahvata ili stvoriti virtuelne svetove toliko uranjajuće da ćete zaboraviti da nisu stvarni. Najbolji deo? Ovo nije daleki san.
„Očekujemo da će u narednih godinu ili dve istraživači početi da istražuju nove primene i usavršavaju tehnologiju“, kaže profesor Masajuki Fudžita sa Univerziteta u Osaki.
Dakle, iako možda nećete naći terahercni čip u svom sledećem smartfonu, nemojte se iznenaditi ako u ne tako dalekoj budućnosti budete prenosili holografske video pozive ili kontrolisali pametne uređaje svojim umom. Terahercna revolucija dolazi i donosi budućnost koja je brža, povezanija i uzbudljivija nego što smo ikada zamišljali.
