Terahercowe 6G bez kabla. Czy nowy chip z EPFL i Harvardu przełamie barierę przepustowości?

Na początku każdej dekady pojawia się technologia, która obiecuje zrewolucjonizować sposób, w jaki łączymy się ze światem. Tym razem to nie blockchain ani sztuczna inteligencja, ale coś znacznie mniej medialnego: fale terahercowe (THz).

Nowatorski chip opracowany przez zespoły z EPFL i Uniwersytetu Harvarda pokazuje, iż ta obietnica może być bliżej realizacji niż się wydaje. jeżeli koncepcja się sprawdzi, komunikacja szóstej generacji – 6G – może osiągnąć przepustowości i precyzję, o których dzisiejsze systemy mogą tylko pomarzyć.

Teraherce – nowy standard dla 6G?

Fale terahercowe to obszar widma elektromagnetycznego między mikrofalami a światłem podczerwonym. W teorii są idealne do ultraszybkiego przesyłania danych – przenoszą choćby stukrotnie więcej informacji niż fale milimetrowe, na których bazuje obecne 5G.

Ich problemem była jednak dotąd praktyczna nieprzydatność: brakowało wydajnych układów zdolnych do sprawnej konwersji tych sygnałów do formy, z którą mogą pracować obecne urządzenia cyfrowe – głównie optyczne.

Ten impas może właśnie się skończył.

Chip z dwóch światów

Naukowcy ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Lozannie (EPFL) oraz Uniwersytetu Harvarda zaprezentowali chip, który potrafi przekształcać fale terahercowe w sygnały optyczne i odwrotnie – i robi to w czasie rzeczywistym, praktycznie bez strat energii.

Na czym polega innowacja? Miniaturowe struktury zwane liniami przesyłowymi, wykonane z niobianu litu, osadzono w chipie fotonicznym. Te linie przewodzą fale THz, a równolegle do nich poprowadzono strukturę optyczną.

Interakcja między obiema ścieżkami odbywa się bezpośrednio w chipie, bez potrzeby konwersji na poziomie osobnych komponentów. Efekt: kompaktowa platforma, która łączy świat elektroniki i fotoniki z niespotykaną dotąd wydajnością.

W praktyce oznacza to, iż ten sam chip może zarówno odbierać, jak i nadawać dane w postaci fal THz i zamieniać je na sygnały świetlne – np. do przesłania przez światłowód.

6G: przyszłość, która już się skaluje

Wizja 6G nie ogranicza się do szybszego internetu w telefonie. Chodzi o zupełnie nowy model transmisji danych, oparty na ogromnych przepustowościach, bardzo niskim opóźnieniu i precyzyjnym pozycjonowaniu.

Chipy takie jak ten z EPFL mogą odegrać kluczową rolę w budowie zdecentralizowanej infrastruktury komunikacyjnej, gdzie urządzenia będą wymieniały dane lokalnie, bez konieczności przechodzenia przez rdzeń sieci.

Zastosowania? Od błyskawicznego transferu danych między urządzeniami edge w zakładach produkcyjnych, przez komunikację między autonomicznymi pojazdami, aż po miniaturowe radary wykrywające ruch i odległość z dokładnością do milimetra.

Na tym tle operatorzy telekomunikacyjni, producenci sprzętu sieciowego i twórcy infrastruktury centrów danych mogą dostrzec więcej niż tylko technologiczną ciekawostkę.

Chip zdolny do konwersji THz ↔ optyka może znacząco uprościć i przyspieszyć transmisję danych między lokalnymi węzłami – i zmniejszyć zapotrzebowanie na energochłonną konwersję analogowo-cyfrową w wielu warstwach sieci.

Szansa i zagrożenie dla dotychczasowych graczy

Wprowadzenie takiej technologii do łańcucha dostaw może oznaczać istotne przetasowania. Dzisiejsi liderzy rynku komponentów dla telekomunikacji – tacy jak Qualcomm, Ericsson czy Nokia – opierają się na klasycznej architekturze: falach milimetrowych, modulacji elektronicznej i transmisji optycznej przez osobne układy. Chip EPFL/Harvard eliminuje konieczność tej separacji, łącząc wszystko na jednej platformie.

Dla firm z sektora optoelektroniki i fotoniki to szansa na zdobycie przewagi. Jednocześnie pojawia się pytanie: czy giganci chipowi zdążą z adopcją tej technologii, zanim na rynku pojawią się startupy z własnymi, dedykowanymi rozwiązaniami?

Bariera komercjalizacji

W tym entuzjazmie nie można jednak zapominać, iż technologia jest wciąż na wczesnym etapie. Prototyp został zaprezentowany na łamach „Nature Communications”, ale nie ma jeszcze ani działającego demo, ani planów wdrożeń komercyjnych. najważniejsze wyzwania to:

• standaryzacja platformy THz–optyka,
• skalowalność produkcji w fabach półprzewodnikowych,
• integracja z istniejącymi systemami modulacji i transmisji.

Scenariusz, w którym chipy tego typu trafią najpierw do sektora przemysłowego, militarnego lub autonomicznych pojazdów, wydaje się najbardziej prawdopodobny. Dopiero później mogą pojawić się w urządzeniach konsumenckich, takich jak telefony 6G czy sieci domowe.

Historia lubi się powtarzać

Wystarczy przypomnieć sobie historię technologii LiDAR czy grafenu – przez lata obiecywały rewolucję, ale ich adopcja rynkowa była powolna, kosztowna i selektywna. choćby 5G, które miało odmienić świat komunikacji, w wielu krajach wciąż funkcjonuje w okrojonej wersji, bez wykorzystania pasm mmWave.

Dlatego euforia związana z chipami terahercowymi powinna iść w parze z chłodną kalkulacją – nie tyle tego, *czy* technologia zadziała, ale *dla kogo i kiedy* będzie opłacalna.

Kto rozdaje karty?

Jeśli chip EPFL i Harvarda trafi do produkcji w ciągu najbliższych 5 lat, najwięcej zyskają ci, którzy dziś inwestują w fotonikę zintegrowaną, niskopoziomowe sterowanie sygnałem i lokalną infrastrukturę sieciową.

Stracą ci, którzy zbyt długo pozostaną przy architekturze 5G z rozproszonymi modułami optycznymi i klasycznymi układami radiowymi.