Desarrollan chip inalámbrico de ultra alta velocidad para la siguiente generación de comunicaciones 6G

Científicos de NTU Singapur y la Universidad de Osaka construyen un chip inalámbrico Terahertz de ultra alta velocidad.

Para permitir velocidades de transmisión de datos que superen los estándares de 5ta generación (5G) para telecomunicaciones, los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) y la Universidad de Osaka en Japón han construido un nuevo chip utilizando un concepto llamado aislantes topológicos fotónicos.

Publicado recientemente en Nature Photonics, los investigadores demostraron que su chip puede transmitir ondas de terahercios (THz) dando como resultado una velocidad de datos de 11 Gigabits por segundo (Gbit/s), que es capaz de soportar la transmisión en tiempo real de video 4K de alta definición, y excede el límite hasta ahora teórico de 10 Gbit/s para comunicaciones inalámbricas 5G.

Las ondas THz son parte del espectro electromagnético, entre las ondas de luz infrarroja y las microondas, y se han promocionado como la próxima frontera de las comunicaciones inalámbricas de alta velocidad.

Sin embargo, desafíos fundamentales deben abordarse antes de que las ondas THz puedan usarse de manera confiable en las telecomunicaciones.

Dos de los problemas más importantes son los defectos materiales y las tasas de error de transmisión que se encuentran en las guías de onda convencionales, como los cristales o los cables huecos.

Estos problemas se superaron mediante el uso de aisladores topológicos fotónicos (PTI), que permite que las ondas de luz se realicen en la superficie y los bordes de los aisladores, similar a un tren que sigue los ferrocarriles, en lugar de a través del material.

Cuando la luz viaja a lo largo de aisladores topológicos fotónicos, puede ser redirigida alrededor de esquinas afiladas y su flujo resistirá ser perturbado por imperfecciones materiales.

Al diseñar un pequeño chip de silicio con filas de agujeros triangulares, con pequeños triángulos apuntando en la dirección opuesta a los triángulos más grandes, las ondas de luz se “protegen topológicamente”.

Este chip totalmente de silicona demostró que podía transmitir señales sin errores mientras enrutaba ondas THz alrededor de 10 esquinas afiladas a una velocidad de 11 gigabits por segundo, evitando cualquier defecto material que pudiera haberse introducido en el proceso de fabricación de silicio.

El líder del proyecto, NTU Assoc Prof Ranjan Singh, dijo que esta era la primera vez que se realizaban PTI en la región espectral de terahercios, lo que demuestra el concepto teórico anterior, factible en la vida real.

Su descubrimiento podría allanar el camino para más interconexiones PTI THz, estructuras que conectan varios componentes en un circuito, para integrarse en dispositivos de comunicación inalámbricos, para dar a las comunicaciones ‘6G’ de próxima generación una velocidad de terabytes por segundo sin precedentes (10 a 100 veces más rápido que 5G) en el futuro.

“Con la 4ta revolución industrial y la rápida adopción de equipos de Internet de las cosas (IoT), incluidos dispositivos inteligentes, cámaras remotas y sensores, los equipos de IoT necesitan manejar grandes volúmenes de datos de forma inalámbrica y se basan en redes de comunicación para ofrecer ultra- altas velocidades y baja latencia”, explica Assoc Prof Singh.

“Al emplear la tecnología THz, se puede potenciar la comunicación dentro del chip y entre chips para admitir la inteligencia artificial y las tecnologías basadas en la nube, como los automóviles autónomos interconectados, que deberán transmitir datos rápidamente a otros vehículos e infraestructura cercanos para navegar mejor y también para evitar accidentes“.

Este proyecto llevó al equipo NTU y sus colaboradores liderados por el profesor Masayuki Fujita en la Universidad de Osaka dos años de diseño, fabricación y pruebas.

El profesor Singh cree que al diseñar y producir una plataforma en miniatura utilizando los procesos actuales de fabricación de silicio, su nuevo chip de interconexión THz de alta velocidad se integrará fácilmente en los diseños de circuitos electrónicos y fotónicos y ayudará a la adopción generalizada de THz en el futuro.

Las áreas de aplicación potencial para la tecnología de interconexión THz incluirán centros de datos, dispositivos IOT, CPU multinúcleo masivas (chips informáticos) y comunicaciones de largo alcance, incluidas las telecomunicaciones y las comunicaciones inalámbricas como Wi-Fi.

Fuente: Nanyang Technological University