De izquierda a derecha:estudiante de doctorado de último año de NTU, Abhishek Kumar, Profesor adjunto Ranjan Singh y Dr. Yihao Yang, postdoctoral. El Dr. Singh sostiene el chip aislante topológico fotónico hecho de silicio, que puede transmitir ondas de terahercios a velocidades ultra altas. Crédito:NTU Singapur
Para permitir velocidades de transmisión de datos que superen los estándares de 5a generación (5G) para telecomunicaciones, 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 aisladores topológicos fotónicos.
Publicado recientemente en Fotónica de la naturaleza , los investigadores demostraron que su chip puede transmitir ondas de terahercios (THz), lo que da como resultado una velocidad de datos de 11 Gigabits por segundo (Gbit / s), que es capaz de admitir la transmisión en tiempo real de video de alta definición 4K, y supera el límite teórico hasta ahora de 10 Gbit / s para las comunicaciones inalámbricas 5G.
Las ondas THz son parte del espectro electromagnético, entre ondas de luz infrarroja y microondas, y han sido promocionados como la próxima frontera de las comunicaciones inalámbricas de alta velocidad.
Sin embargo, Es necesario abordar los desafíos fundamentales antes de que las ondas THz se puedan utilizar de manera confiable en las telecomunicaciones. Dos de los mayores problemas son los defectos de material y las tasas de error de transmisión que se encuentran en guías de ondas convencionales, como cristales o cables huecos.
Estos problemas se solucionaron utilizando aisladores topológicos fotónicos (PTI), que permite que las ondas de luz se conduzcan 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 aislantes topológicos fotónicos, se puede redirigir alrededor de esquinas afiladas y su flujo resistirá ser perturbado por imperfecciones del material.
Al diseñar un pequeño chip de silicio con filas de orificios triangulares, con pequeños triángulos apuntando en la dirección opuesta a los triángulos más grandes, las ondas de luz quedan "protegidas topológicamente".
De izquierda a derecha:el físico de NTU, profesor asociado Ranjan Singh y el primer autor del artículo, el Dr. Yihao Yang, que discuten los experimentos futuros con su nuevo chip de terahercios de aislante topológico fotónico Crédito:NTU Singapur
Este chip de silicio 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 pueda haberse introducido en el proceso de fabricación del silicio.
Líder del proyecto, Profesor asociado de NTU Ranjan Singh, dijo que esta era la primera vez que se realizaban PTI en la región espectral de terahercios, que prueba el concepto previamente teórico, factible en la vida real.
Su descubrimiento podría allanar el camino para que más interconexiones PTI THz (estructuras que conectan varios componentes en un circuito) se integren en dispositivos de comunicación inalámbrica. para dar a las comunicaciones '6G' de próxima generación una velocidad de terabytes por segundo sin precedentes (de 10 a 100 veces más rápida que 5G) en el futuro.
"Con la cuarta revolución industrial y la rápida adopción de equipos de Internet de las cosas (IoT), incluidos los dispositivos inteligentes, cámaras y sensores remotos, Los equipos de IoT deben manejar grandes volúmenes de datos de forma inalámbrica, y depende de las redes de comunicación para ofrecer velocidades ultra altas y baja latencia, "explica el profesor asociado Singh.
"Al emplear tecnología THz, potencialmente puede impulsar la comunicación entre chips y entre chips para admitir la inteligencia artificial y las tecnologías basadas en la nube, como los coches autónomos interconectados, que necesitará transmitir datos rápidamente a otros autos e infraestructura cercanos para navegar mejor y también para evitar accidentes ".
Este proyecto llevó al equipo de NTU y sus colaboradores liderados por el profesor Masayki Fujita en la Universidad de Osaka dos años de diseño, fabricación, y pruebas.
El profesor Singh cree que al diseñar y producir una plataforma miniaturizada 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, CPUs multinúcleo masivas (chips informáticos) y comunicaciones de largo alcance, incluidas las telecomunicaciones y la comunicación inalámbrica como Wi-Fi.
