Ilustrace nového terahertzového čipu. Kredit: Wenhao Wang/Guillaume Ducournau/Ranjan Singh.

Představte si internetové spojení, které je rychlé jako blesk a současně úžasně spolehlivé, včetně míst přeplněných lidmi. Není to vize vzdálené budoucnosti, ale rychle se přibližující realita, na které se podle všeho budou významně podílet terahertzové technologie. Na obzoru se rýsuje nová generace sítí – 6G, která promění bezdrátovou komunikaci.

Ranjan Singh. Kredit: University of Notre Dame.

Intenzivně na tom se svými kolegy pracuje i Ranjan Singh z americké University of Notre Dame v Indianě. Nedávno vyvinuli křemíkový terahertzový čip, který umožňuje topologické „tvarování paprsku“ (topological beamformer chip). Dokáže formovat terahertzové vlny do směrovaných paprsků.

Pro připravované 6G sítě, které by se měly objevit kolem roku 2030, jsou terahertzové frekvence klíčové. Radiové frekvence jsou stále více zaplněné. Terahertzové vlny představují řešení, které využívá doposud relativně prázdnou oblast elektromagnetického spektra mezi mikrovlnami a infračerveným zářením. Jde o frekvence, kterou jsou podstatně vyšší než rádiové a mohou tudíž přenášet ohromná množství dat.

Nový čip Singhova týmu přijímá terahertzový signál z jednoho zdroje. Rozděluje ho do 54 dílčích signálů, které jsou naváděny 184 nepatrnými kanály. Každý paprsek generovaný tímto čipem může chrlit a také přijímat data rychlostí 40 až 72 gigabitů za sekundu. To je mnohonásobně rychleji než u 5G sítí.

Logo. Kredit: University of Notre Dame.

Singh a spol. navrhli zmíněný čip s pomocí umělé inteligence. Vznikl tvar podobný geometrii včelí plástve. Uspořádání kanálků dovoluje pracovat s výkonnými paprsky pro přenos dat, které pokrývají celý prostor (360 stupňů) kolem terahertzového čipu. Díky tomu bude možné, aby chytré telefony a další bezdrátová zařízení mohla komunikovat vysokou rychlostí z kteréhokoliv směru vůči Wi-Fi routeru nebo podobnému komunikačnímu uzlu.

Terahertzové vlny mají obecně kratší dosah než signály o nižších frekvencích, jaké se používají ve 4G a 5G sítích. Čip formující terahertzové paprsky to řeší přesným směrováním vysokoenergetických signálů tak, aby dosáhly místa určení bez podstatné degradace signálu. Značným přínosem takové technologie je i omezení interferencí, které dnes vznikají při používání miliard bezdrátových zařízení.

Pokud se takové terahertzové čipy rozšíří, mohlo by to mít značný dopad na každodenní život. S takovou technologií bude možné stáhnout ultra HD 4K film za pár sekund, zatímco dnešní špičkové Wi-Fi sítě to zvládnou přinejmenším za několik minut. Znamenalo by to ohromující zážitky virtuální či rozšířené reality bez znatelné časové prodlevy nebo holografickou komunikaci v reálném čase. V dohledné budoucnosti se rýsují velké věci.

Video: Terahertz Days: The role of Directional Terahertz Communications in the 6G era

Literatura

The Conversation 3. 9. 2024.

Nature 632: 522–527.s