فناوری تراهرتز در حال هموار کردن راه برای انقلاب 6G است و وعده تغییر نحوه ارتباطات ما را می‌دهد. یک تیم بین‌المللی از دانشمندان با توسعه یک دستگاه سیلیکونی کوچک که می‌تواند ظرفیت شبکه‌های بی‌سیم را دو برابر کند، به یک دستاورد بزرگ دست یافته‌اند.
این نوآوری ما را به دنیای آینده‌نگر 6G نزدیک‌تر می‌کند، جایی که دانلودهای فوق سریع و تجربیات واقعیت مجازی فراگیر به واقعیت‌های روزمره تبدیل می‌شوند.
شگفتی فناوری تراهرتز
تصور کنید بتوانید یک فصل کامل از سریال مورد علاقه‌تان را در چند ثانیه دانلود کنید. یا یک تجربه واقعیت مجازی که چنان واقعی است که به اندازه تعاملات روزمره‌تان احساس می‌شود. این‌ها چشم‌اندازهای وسوسه‌انگیزی هستند که فناوری تراهرتز وعده تحقق آن‌ها را می‌دهد.
دکتر ویجی گائو، محقق پسا دکتری در دانشگاه اوزاکا و همکار نویسنده این مطالعه، گفت: “این نوآوری نه تنها کارایی سیستم‌های ارتباطی تراهرتز را بهبود می‌بخشد بلکه راه را برای شبکه‌های بی‌سیم با سرعت بالا و قابل اطمینان‌تر هموار می‌کند.”
این شاهکار کوچک، یک تراشه سیلیکونی که از یک دانه برنج کوچکتر است، در بخشی از طیف الکترومغناطیسی عمل می‌کند که برای بسیاری از مردم هنوز منطقه‌ای ناشناخته است: محدوده تراهرتز.
ما در حال حاضر با خطوط آهسته بزرگراه دیجیتال یعنی 4G و 5G آشنا هستیم، اما فناوری تراهرتز یک بزرگراه فوق‌العاده سریع است که در مقایسه با سرعت‌های فعلی ما، آن‌ها را به حاشیه می‌برد.
امواج تراهرتز در ارتباطات بی‌سیم
امواج تراهرتز، که بین مایکروویوها و نور مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی قرار دارند، از مدت‌ها پیش به عنوان گزینه‌های احتمالی برای انقلاب در ارتباطات بی‌سیم مورد توجه قرار گرفته‌اند.
توانایی آن‌ها در حمل مقادیر زیادی داده یک مزیت بزرگ است، اما استفاده از این پتانسیل با موانع فنی مواجه شده است. یکی از این موانع، مدیریت قطبش‌های مختلف امواج تراهرتز، یا جهت‌گیری نوسانات امواج است.
برای رفع این مشکل، محققان یک “مالتی پلکسر قطبش” توسعه دادند، که به‌طور اساسی یک سیستم کنترل ترافیک برای امواج تراهرتز است، و امکان انتقال داده‌های بیشتر به‌طور همزمان بدون ازدحام را فراهم می‌کند.
دو برابر کردن ظرفیت داده‌ها
پروفسور ویتاوات ویتایچومنکول از دانشگاه آدلاید، محقق اصلی این پروژه، توضیح داد: “مالتی پلکسر قطبش پیشنهادی ما امکان انتقال جریان‌های داده چندگانه به‌طور همزمان در یک باند فرکانسی مشابه را فراهم می‌کند و به‌طور مؤثری ظرفیت داده‌ها را دو برابر می‌کند.”
با وجود اینکه این تراشه سیلیکونی تنها چند میلی‌متر اندازه دارد، می‌تواند قطبش‌های مختلف امواج تراهرتز را با دقت قابل توجهی تشخیص و ترکیب کند. این مانند داشتن یک دستگاه مرتب‌سازی کوچک و بسیار دقیق برای امواج نوری است.
تیم تحقیقاتی از یک ویفر سیلیکونی با ضخامت 250 میکرومتر و مقاومت الکتریکی بالا و یک تکنیک به نام اچ یون فعال برای ایجاد الگوهای پیچیده‌ای که به طور خاص با امواج تراهرتز تعامل دارند، استفاده کرد.
پیشروی در مرزها و آزمایش‌های دقیق
با استفاده از تجهیزات تخصصی، از جمله یک تحلیلگر شبکه برداری، تیم دستگاه خود را تحت آزمایش‌های دقیق قرار داد. آن‌ها نشان دادند که این دستگاه می‌تواند دو قطبش مختلف امواج تراهرتز را با کارایی بالا مدیریت کند.
دستگاه در آزمایش‌ها به‌طور میانگین تنها حدود یک دسی‌بل افت سیگنال داشت که نشان‌دهنده هدررفت انرژی بسیار کم است.
علاوه بر این، نسبت خاموشی قطبش – معیاری برای توانایی دستگاه در تشخیص بین قطبش‌ها – بیش از 20 دسی‌بل باقی ماند، که اطمینان می‌دهد داده‌های انتقالی در قطبش‌های مختلف با یکدیگر تداخل نخواهند داشت.
محققان آزمایش‌های واقعی را برای نشان دادن پتانسیل این فناوری انجام دادند. آن‌ها با موفقیت دو جریان ویدئویی با کیفیت بالا را به‌طور همزمان از طریق یک لینک تراهرتز منتقل کردند و به‌طور مؤثری میزان اطلاعات منتقل شده در یک کانال واحد را دو برابر کردند.
در آزمایش‌های پیشرفته‌تر، با استفاده از کلیدزنی روشن/خاموش و طرح‌های مدولاسیون پیچیده‌تر، آن‌ها به نرخ داده‌ای تا 190 گیگابیت در ثانیه دست یافتند – این میزان برای دانلود شش فیلم با کیفیت بالا در یک ثانیه کافی است.
راه به سوی شبکه‌های بی‌سیم 6G
جذابیت این فناوری فراتر از چشم‌انداز سرعت اینترنت 6G است. این دستگاه همچنین بسیار چندکاره است و می‌تواند کارایی سیستم‌های ارتباطی تراهرتز را افزایش دهد.
پروفسور ماسایوکی فوجیتا از دانشگاه اوزاکا گفت: “ما پیش‌بینی می‌کنیم که در یک تا دو سال آینده، محققان شروع به بررسی کاربردهای جدید و بهبود این فناوری خواهند کرد.”
کاربردهای بالقوه این فناوری محدود به دانلود سریع‌تر فیلم‌ها نیست. این نوآوری می‌تواند واقعیت افزوده را بازتعریف کند، جراحی‌های از راه دور بی‌نقص را ممکن سازد و حتی جهان‌های مجازی را چنان جذاب خلق کند که فراموش کنید واقعی نیستند.
بنابراین، در حالی که ممکن است ارتقاء بعدی گوشی هوشمند شما هنوز دارای تراشه تراهرتز نباشد، اما انقلاب فناوری‌های سریع‌تر، متصل‌تر و فراگیرتر در افق است.
این مطالعه در مجله Laser & Photonics Review منتشر شده است.
