Une puce qui dirige les faisceaux térahertz ouvre la voie à l’Internet ultrarapide du futur

Imaginez un avenir où les connexions Internet seront non seulement ultra-rapides mais aussi remarquablement fiables, même dans des espaces bondés. Cette vision se rapproche rapidement de la réalité, grâce aux nouvelles recherches sur les technologies de communication térahertz. Ces innovations sont appelées à transformer la communication sans fil, en particulier à mesure que la technologie des communications progresse vers le prochaine génération de réseaux, 6G.

Je suis un ingénieur qui se concentre sur la photoniquel’étude de la façon dont la lumière et d’autres les ondes électromagnétiques sont générées et détectées. Dans cette recherche, mes collègues et moi avons développé un silicium puce de formation de faisceau topologique. La topologie fait référence aux caractéristiques physiques du silicium qui aident à diriger les ondes térahertz, et le formateur de faisceaux fait référence à l’objectif de la puce : former des ondes térahertz en faisceaux dirigés.

Les fréquences térahertz sont cruciales pour la 6G, que les entreprises de télécommunications projet de déploiement vers 2030. Le spectre des fréquences radio utilisé par les réseaux sans fil actuels est de plus en plus encombré. Les ondes térahertz offrent une solution en utilisant la partie relativement inoccupée du spectre électromagnétique entre les micro-ondes et l’infrarouge. Ces fréquences plus élevées peuvent transporter d’énormes quantités de données, ce qui les rend idéales pour les applications gourmandes en données du futur.

Notre puce prend un signal térahertz provenant d’une source unique et le divise en 54 signaux plus petits, qui sont ensuite guidés à travers 184 minuscules canaux comportant 134 virages serrés. Chaque faisceau peut transmettre et recevoir des données à des vitesses de 40 à 72 gigabits par seconde, plusieurs fois plus vite que les réseaux 5G d’aujourd’hui.

Avec l’aide de l’intelligence artificielle, nous avons conçu la puce pour qu’elle présente un motif microscopique en nid d’abeille spécifique afin de former des voies pour les ondes térahertz. La gamme de canaux envoie des faisceaux puissants et focalisés qui couvrent la totalité des 360 degrés autour de la puce. Cela permet à un téléphone ou à un autre appareil sans fil n’importe où autour d’un routeur Wi-Fi ou à un autre appareil de communication utilisant la puce de recevoir le signal haut débit. Nous avons démontré la puce en divisant le signal d’entrée d’une vidéo HD en streaming en quatre faisceaux de sortie.

Formeurs de faisceaux dans les réseaux sans fil

Les ondes térahertz ont une portée plus courte que les signaux à basse fréquence utilisés dans les réseaux 4G et 5G. Les formateurs de faisceaux térahertz relèvent ce défi en dirigeant avec précision les signaux haute fréquence pour garantir qu’ils atteignent leur destination sans perte ni dégradation.

Les Beamformers sont essentiels pour la prochaine génération de communication sans fil. Contrairement aux antennes traditionnelles qui diffusent des signaux sans discernement, les formateurs de faisceaux concentrent les signaux dans des directions spécifiques, améliorant ainsi l’efficacité et la fiabilité. Notre puce garantit que ces faisceaux offrent une couverture dans toutes les directions.

Cette approche ciblée étend non seulement la portée du signal, mais améliore également sa qualité, même sur de longues distances. Les Beamformers joueront probablement un rôle crucial dans la gestion de connexions stables en réduisant les interférences à mesure que le monde ajoute des milliards d’appareils connectés.

Un avenir avec la formation de faisceaux térahertz

L’impact potentiel des puces à formation de faisceaux térahertz sur la vie quotidienne est profond. Par exemple, ces puces pourraient permettre de télécharger un film ultra haute définition 4K en quelques secondes seulement, contre 11 minutes avec le Wi-Fi actuel, ou prendre en charge des expériences immersives de réalité virtuelle et augmentée sans aucun décalage.

Au-delà du divertissement, ils pourraient faire de la communication holographique en temps réel une réalité, où les gens apparaissent comme des hologrammes réalistes. Les villes intelligentes pourraient utiliser cette technologie pour coordonner de manière transparente les systèmes de circulation et les interventions d’urgence, tandis que les soins de santé pourraient bénéficier de cabinets médicaux à distance où les médecins contrôlent à distance des instruments robotiques.

La puce de formation de faisceau térahertz représente une avancée significative sur la voie d’une communication sans fil plus rapide et plus fiable en surmontant les défis de la transmission de signaux haute fréquence.

Ranjan Singhprofesseur de génie électrique, Université de Notre-Dame

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