مخابرات و اینترنت نسل پنجم (5G) زندگی ما را متحول کرد. ما توانستیم فیلم‌های با کیفت 4K را روی تلفن همراه خود ببینیم، راحت‌تر کار از راه دور انجام دهیم و همچنین داده‌های حجیم را در مدت زمانی کوتاه‌تر انتقال دهیم. اما در واقع زندگی آینده ما با اینترنت ماهواره‌ای، واقعیت مجازی، وسیله‌های نقلیه خودکار، خانه‌های هوشمند و توسعه بسیاری فناوری‌های دیگر گره خورده است. چنین پیشرفت‌هایی نیازمند جابجایی حجم بسیار بالاتری از داده و در نتیجه سرعت انتقال بالاتر خواهد بود.
بالابردن سرعت مخابرات و انتقال داده نیازمند سیگنال‌های سریع‌تر یعنی فرکانس‌های بالاتر و درنتیجه تعداد نواسانات بیشتر است. مخابرات 5G کنونی از سیکنال‌هایی به سرعت ده‌ها گیگاهرتز استفاده می‌کند. این در حالی است که نسل ششم مخابرات (6G) به سیگنال‌هایی با سرعت یک تراهرتز نیازمند است. هر تراهرتز برابر هزار گیگاهرتز و یا هزار میلیارد نوسان در ثانیه است.
قطعات الکترونیکی معمول مانند ترانزیستورها نمی‌توانند با چنین سرعتی کار کنند. به این مساله شکاف تراهرتزی می‌گویند که مانعی اساسی در توسعه تکنولوژی‌های آینده است.
محمد سمیع‌زاده نیکو، محقق دانشگاه پلی‌تکنیک لوزان و موسسه فناوری فدرال زوریخ در سوئیس، به همراه تیم خود موفق به توسعه قطعه الکترونیکی جدیدی برای جایگزینی ترانزیستورها و دیودها شد که میتواند در این سرعت‌های بالا کار کند.
وی این قطعه را «فرا قطعه الکترونیکی» یا Electronic Metadevice نام نهاده و در مقاله‌ای که روز ۱۶ فوریه در مجله علمی معتبر نیچر (Nature) به چاپ رسیده، نشان داده است که قطعه الکترونیکی جدید او قابلیت انتقال ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه را در فرکانس تراهرتز دارد که این ۱۰ برابر قابلیت مخابرات 5G کنونی است.
او همچنین می‌گوید نتایج آزمایشاتش گواه توانایی انتقال داده با نرخ ترابیت بر ثانیه است که این موضوع میتواند تاثیر بسیار بزرگی بر نحوه انتقال و پردازش داده‌ها در آینده بگذارد.
در همین رابطه با آقای سمیع‌زاده نیکو گفتگویی انجام دادیم.
یورونیوز: تفاوت سرعت اینترنت نسل ششم و اینترنت فعلی نسل پنجم چقدر است و چرا برای دست‌یافتن به آن به قطعه الکترونیکی جدید نیاز است؟ با قطعه الکترونیکی جدید شما چطور می‌توان به اینترنت 6G دست یافت؟
محمد سمیع‌زاده نیکو: مخابرات 6G که قرار است از سال ۲۰۳۰ شروع به خدمات دهی کند، میتواند تا حدود ۱۰ برابر سریع‌تر از مخابرات 5G باشد. این سرعت بالا بستری را برای تحقق شهر هوشمند و توسعه فناوری‌های جدیدی مثل اتوموبیل‌های خودران، واقعیت مجازی و خانه‌های هوشمند را فراهم می‌کند که در نهایت به زندگی آینده ما شکل خواهند داد.
اما مشکل اساسی در الکترونیک این است که قطعات متداول مثل ترانزیستورها نمی‌توانند چنین سرعت بالایی را در اختیار ما بگذارند. الکترونیک متا دیوایس (Electronic Metadevice) قطعه الکترونیکی جدیدی است که ما توسعه دادیم. این قطعه الکترونیکی، یک سوئیچ کاملا جدید با اساس کار و مکانیسم کاملا متفاوت نسبت به ترانزیستورها است. در واقع ما این‌جا بر حرکت الکترون ها متکی نیستیم، بلکه برهمکنش‌های الکترومغناطیس رو کنترل می‌کنیم که منجر به سرعت‌های خیلی بالاتری می‌شوند.
این سوئیچ الکترونیکی جدید قابلیت کنترل سیگنال‌های بسیار سریع را به ما می‌دهد. برای مثال اگر سیگنالی با نوسان ۱۰۰۰ میلیارد بار در ثانیه را در نظر بگیریم، میتوانیم این سیگنال را در مدت زمان‌های بسیار کوتاه خاموش و روشن کنیم و این مساله منجر به تولید یک رشته کد صفر و یک می‌شود که پایه مخابرات دیجیتال است. سرعت بالای این قطعه باعث می‌شود بتوانیم حجم بسیار زیادی از اطلاعات را در مدت زمان بسیار کم انتقال دهیم و این چیزی است که در مخابرات نسل ۶ نیاز داریم.
تصویری از آزمایش انجام شده برای تحقق مخابرات در فرکانس های بالای ۵۰۰ گیگاهرتز (بیش از ۱۰ برابر بیشتر از نسل ۵ موبایل). مانیتور، سیگنال مخابراتی پس از مدولاسیون را نمایش می‌دهد
یورونیوز: شایعاتی مبنی بر تاثیرات منفی اینترنت 5G بر روی طبیعت به خاطر تشدید بازه‌های فرکانسی خاص مطرح است. این موضوع در رابطه با اینترنت 6G چگونه است؟ آیا بر روی محیط زیست تاثیر مخربی خواهد داشت؟
محمد سمیع‌زاده نیکو: تا کنون اثر منفی زیست‌محیطی جدی برای ۵ جی ثابت نشده است، اما نکته جالب راجع به مخابرات نسل ۶ این است که امواج فوق سریعی که در این مخابرات استفاده می‌شود که به آن تراهرتز می‌گویند، قابلیت نفوذ داخل بافت‌ها را ندارند. مثلا برای انسان، فقط به اندازه حدود ۰/۱ میلیمتر میتوانند داخل پوست نفوذ کنند که احتمال اثر آن‌ها بر بافت‌ها و اندام‌های داخلی را بسیار پایین می‌آورد، اما تحقیقات خیلی دقیقی برای اطمینان کامل سلامت این تکنولوژی در حال جریان هست.
یورونیوز: بسیاری شرکت‌های بزرگ مخابراتی نظیر هواوی، اپل و اریکسون در حال کار روی دستیابی به اینترنت 6G هستند. تکنولوژی شما چه مزیت در برابر رقبا دارد؟
محمد سمیع‌زاده نیکو: چیزی که کمپانی هایی مثل هواوی، اپل و اریکسون برای مخابرات 6G روی آن تحقیق میکنند، عمدتا استفاده از مواد نیمه هادی جدید هست. یعنی همان ترانزیستورها را به جای اینکه روی سیلیکون پیاده سازی کنند، روی مواد دیگه‌ای پیاده‌سازی میکنند تا به کارایی بالاتری دست یابند. اما آن‌چه که ما ارائه کردیم یک نوع قطعه الکترونیکی جدید است که میتواند روی هر نیمه هادی ساخته شود. بنابراین اگر روی سیلیکون متمرکز باشیم که از نظر اقتصادی به صرفه است، می‌توان به سرعت ۶جی دست پیدا کرد و اگر آن را روی مواد نیمه‌هادی جدید پیاده سازی کنیم، میتوانیم حتی سرعت‌های بالاتری را هم داشته باشیم که برای مخابرات بعد از ۶جی مورد استفاده قرار بگیرد.
تصویری از قطعه الکترونیکی جدید که به کمک میکروسکوپ الکترونیکی گرفته شده است (تصویر برای تمایز مواد مختلف رنگ آمیزی شده). مقیاس تصویر معادل با طول ۱ مایکرومتر است
یورونیوز: تولید انبوه قطعه الکترونیکی شما چگونه خواهد بود و چه پیش‌نیازهایی دارد؟
محمد سمیع‌زاده نیکو: یک ویژگی مهم این قطعه الکترونیکی جدید که باعث کاربردی بودن آن می‌شود این است که بدون هیچ پیش‌نیاز خاصی با پروسه های متداول صنعت نیمه‌هادی قابل ساخت است. پیش‌بینی می‌کنیم که این قطعه هم به صورت یک مستقل و هم در مدارات مجتمع مورد استفاده قرار بگیرد.
