AGI - Per consentire velocità di trasmissione dei dati che superano gli standard di 5a generazione (5G) per le telecomunicazioni, gli scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) e della Osaka University in Giappone hanno costruito un nuovo chip usando un concetto chiamato isolanti topologici fotonici. I ricercatori hanno dimostrato che il loro chip può trasmettere onde terahertz (THz) con una velocità dati di 11 Gigabit al secondo (Gbit / s), in grado di supportare lo streaming in tempo reale di video ad alta definizione 4K e supera il limite finora teorico di 10 Gbit / s per le comunicazioni wireless 5G.
I risultati dei loro esperimenti sono stati pubblicati su Nature Photonics. Le onde THz fanno parte dello spettro elettromagnetico, tra le onde luminose a infrarossi e le microonde, e sono state pubblicizzate come la prossima frontiera delle comunicazioni wireless ad alta velocità. Tuttavia, devono essere affrontate e superate sfide fondamentali prima che le onde THz possano essere utilizzate in modo affidabile nelle telecomunicazioni.
Due dei problemi maggiori sono i difetti dei materiali e i tassi di errore di trasmissione riscontrati nelle guide d'onda convenzionali come cristalli o cavi. Questi problemi sono stati risolti utilizzando gli isolatori topologici fotonici (PTI), che consentono di condurre le onde luminose sulla superficie e sui bordi degli isolanti, in maniera simile a un treno che segue i binari piuttosto che attraverso il materiale. Quando la luce viaggia lungo gli isolanti topologici fotonici, può essere reindirizzata intorno ad angoli acuti e il suo flusso resisterà al disturbo causato dalle imperfezioni del materiale.
Progettando un piccolo chip di silicio con file di fori triangolari, con piccoli triangoli che puntano nella direzione opposta a triangoli più grandi, le onde luminose diventano "topologicamente protette". Questo chip interamente in silicio ha dimostrato di poter trasmettere segnali senza errori mentre instrada onde THz intorno a 10 angoli acuti a una velocità di 11 gigabit al secondo, aggirando eventuali difetti del materiale che potrebbero essere stati introdotti nel processo di produzione del silicio.
Il responsabile del progetto, Ranjan Singh, ha affermato che questa è stata la prima volta che i PTI sono stati realizzati nella regione spettrale terahertz, il che dimostra il concetto precedentemente teorico, realmente fattibile. La loro scoperta potrebbe spianare la strada a più interconnessioni PTI THz - strutture che collegano vari componenti in un circuito - da integrare nei dispositivi di comunicazione wireless, per dare alle comunicazioni "6G" di prossima generazione una velocità senza precedenti di terabyte al secondo (da 10 a 100 volte più veloce del 5G) in futuro. "Con la quarta rivoluzione industriale - ha detto Singh - e la rapida adozione di apparecchiature Internet of Things (IoT), inclusi dispositivi intelligenti, telecamere remote e sensori, le apparecchiature IoT devono gestire elevati volumi di dati in modalità wireless e si affidano a reti di comunicazione per fornire alte velocità e bassa latenza.
Utilizzando la tecnologia THz, può potenzialmente aumentare la comunicazione intra-chip e inter-chip per supportare l'intelligenza artificiale e le tecnologie basate su cloud, come le auto interconnesse a guida autonoma, che dovranno trasmettere rapidamente i dati ad altre auto e infrastrutture vicine per navigare meglio e anche per evitare incidenti".
Il professor Singh ritiene che progettando e producendo una piattaforma miniaturizzata che utilizza gli attuali processi di fabbricazione del silicio, il loro nuovo chip di interconnessione THz ad alta velocità sarà facilmente integrato nei progetti di circuiti elettronici e fotonici e aiuterà l'adozione diffusa di THz in futuro. Le aree di potenziale applicazione della tecnologia di interconnessione THz includeranno data center, dispositivi IOT, enormi CPU multicore (chip di elaborazione) e comunicazioni a lungo raggio, tra cui telecomunicazioni e comunicazioni wireless come il Wi-Fi.