یک ریزتراشه به اندازه یک دانه برنج می‌تواند یک «قوس» بسیار سازمان‌یافته از نور ایجاد کند، قابلیتی که در نهایت می‌تواند از ارتباطات 6G سریعتر و با ظرفیت بالاتر و زمان‌بندی بسیار دقیق برای فناوری‌های کوانتومی پشتیبانی کند.
فیزیکدانان دانشگاه لافبورو با همکاری یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی، سیستمی را نشان داده‌اند که مجموعه‌ای از فرکانس‌های نوری با فاصله دقیق را تولید می‌کند. سپس این فرکانس‌های نوری را می‌توان به چندین سیگنال الکترومغناطیسی با فرکانس بالا که به عنوان امواج میلی‌متری شناخته می‌شوند، تبدیل کرد.
امواج میلی متری علاقه فزاینده ای را برای ارتباطات آینده به خود جلب می کنند زیرا می توانند پهنای باند بیشتری را فراهم کنند و به شبکه ها فضای بیشتری برای انتقال داده ها بدهند. با این حال، یک مانع بزرگ، تولید این سیگنال ها با دقت و پایداری مورد نیاز برای کاربردهای پیشرفته است.
دکتر لوک پیترز از مرکز تحقیقات فوتونیک دانشگاه لافبورو گفت: “جهان به طور فزاینده ای تشنه داده می شود. ما می خواهیم اطلاعات بیشتری را سریعتر و با وضوح بالاتر ارسال و دریافت کنیم و امواج میلی متری می تواند به ارائه ظرفیت برای این کمک کند.”
در نهایت، آنها می‌توانند به شبکه‌های 6G سریعتر و با ظرفیت بالاتر کمک کنند، اما پتانسیل آن بسیار فراتر از ارتباطات است. این فرکانس‌ها همچنین می‌توانند در سیستم‌های رادار، و همچنین در طیف‌سنجی و ابزارهای نجومی مورد استفاده قرار گیرند و به دانشمندان در مطالعه مواد و اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق از کیهان کمک کنند.»
این برنامه‌ها هنوز راه درازی دارند و پیش از استفاده از این فناوری در سیستم‌های دنیای واقعی، چالش‌هایی وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد – اما آخرین کار ما با یک مشکل بزرگ مقابله کرده است.»
میکروکامب ها می توانند چندین کانال 6G ایجاد کنند
یکی از روش های تولید امواج میلی متری به وسیله ای به نام میکرو شانه متکی است. میکرو شانه آرایه بسیار دقیقی از فرکانس های نور را تولید می کند که تا حدودی شبیه رنگ های رنگین کمان مرتب شده اند، حتی اگر نور خود برای چشم انسان نامرئی باشد. سپس یک آنتن تخصصی می تواند این فرکانس های نوری را به امواج میلی متری تبدیل کند.
تحقیقات قبلی نشان داده بود که میکرو شانه ها می توانند فرکانس موج میلی متری دقیقی تولید کنند. تولید بسیاری از فرکانس ها به طور همزمان می تواند بسیار مفیدتر باشد، زیرا هر یک به طور بالقوه می تواند به عنوان یک کانال جداگانه برای انتقال اطلاعات به طور همزمان عمل کند. با این حال، دستیابی به این امر به یک میکرو شانه با ثبات و کیفیت سیگنال استثنایی نیاز دارد.
در جدید ارتباطات طبیعت در مقاله، محققان تحت رهبری Loughborough سیستمی را گزارش می‌کنند که قادر به انجام این کار است. رویکرد آنها یک میکرو شانه پایدار و با کیفیت بالا ایجاد می کند که می تواند به طور همزمان به چندین فرکانس موج میلی متری با فاصله دقیق تبدیل شود.
تفاوت در نحوه تولید میکروکامب است. سیستم‌های معمولی معمولاً نور لیزر را به یک میکرورزوناتور می‌تابانند، ساختار کوچکی که بر روی یک ریزتراشه ساخته شده است که نور را جذب می‌کند و به آن اجازه می‌دهد به گردش درآید.
در عوض، سیستم Loughborough میکرورزوناتور مبتنی بر تراشه را به زنجیره بسیار بزرگتری از فیبرهای نوری متصل می کند. نور لیزر به طور مداوم از هر دو قسمت سیستم عبور می کند و به شکل گیری و پایدار ماندن حالت های نوری مورد نظر کمک می کند.
دکتر پیترز گفت: «ما اساساً یک «قوس روی تراشه» بسیار دقیق و پایدار ایجاد کرده‌ایم که در آن مدار همچنان نور را از طریق تراشه باز می‌گرداند و به این حالت‌ها اجازه می‌دهد تا به طور کارآمد بسازند، خود شروع کنند و حتی زمانی که سیستم مختل می‌شود پایدار بمانند.
همچنین بسیار محکم است. ما حتی افرادی را داشته‌ایم که در کنار سیستم بالا و پایین می‌پرند و میکروشانه ثابت می‌ماند.
قوس نوری پایدار و قابل کنترل
محققان همچنین نشان دادند که می‌توانند با افزایش یا کاهش قدرت فرکانس‌های فردی، «قوس» میکروکامب را دستکاری کنند. نکته مهم، دقت و پایداری میکرو شانه نوری پس از تبدیل نور به سیگنال های موج میلی متری حفظ شد.
این کنترل ممکن است به سیستم های آینده اجازه دهد تا ترکیبات مختلفی از فرکانس ها را بسته به کاربرد تولید کنند.
دکتر پیترز گفت: «توانایی قوی‌تر یا ضعیف‌تر کردن فرکانس‌های فردی به ما کنترل بسیار بیشتری بر سیگنال‌هایی که تولید می‌کنیم، می‌دهد، زیرا برنامه‌های کاربردی مختلف به ترکیب‌های متفاوتی از فرکانس‌ها نیاز دارند».
به همان اندازه مهم، ما نشان داده‌ایم که دقت میکروکامب به امواج میلی‌متری منتقل می‌شود. این به ما مجموعه‌ای از سیگنال‌های بسیار کنترل‌شده را می‌دهد، که دقیقاً همان چیزی است که برای برنامه‌هایی که دقت و پایداری مهم هستند، نیاز دارید.»
“همان سطح دقت برای زمان‌بندی ارزشمند است. زمان‌بندی دقیق در قلب فناوری‌های کوانتومی نوظهور است که در آن دقت بسیار بالا یک نیاز است.”
کوچک شدن تکنولوژی فراتر از آزمایشگاه
این تیم اکنون در حال بررسی است که چگونه سیستم میکرو شانه می تواند در نهایت از یک آزمایش آزمایشگاهی به یک فناوری عملی تبدیل شود.
اگرچه ریزتراشه مرکزی فقط به اندازه یک دانه برنج است، کل سیستم در حال حاضر یک مجموعه آزمایشگاهی روی میز را اشغال می کند. محققان بر این باورند که نسخه‌های آینده می‌توانند به‌طور قابل‌توجهی کوچک‌تر و کارآمدتر شوند و به‌طور بالقوه به اندازه کافی فشرده شوند تا در یک جعبه کفش قرار بگیرند.
یکی از امکان‌هایی که این تیم به‌طور خاص به آن علاقه‌مند است، استفاده از فناوری روی ماهواره‌ها است، جایی که به حداقل رساندن اندازه، وزن و مصرف انرژی اهمیت ویژه‌ای دارد.
زمان‌بندی دقیق برای فناوری‌های کوانتومی
محققان همچنین در حال کار برای تعیین دقت نهایی سیستم میکروکامب هستند. آنها آن را با ساعت‌های دقیق مقایسه می‌کنند و کاربردهای احتمالی برای زمان‌بندی، ناوبری و موقعیت را با همکاری آزمایشگاه ملی فیزیکی و به عنوان بخشی از تلاش گسترده‌تر شامل آزمایشگاه ملی فیزیکی و مرکز بریتانیا برای موقعیت، ناوبری و زمان‌بندی فعال کوانتومی (QEPNT) بررسی می‌کنند.
دکتر آنتونیو کوترونا، که اندازه‌گیری‌های پایداری میکرو شانه‌ها را رهبری می‌کرد، گفت: «ما واقعاً هیجان‌زده‌ایم که می‌توانیم دقت و پایداری این میکروشانه‌ها را به‌ویژه برای فناوری‌هایی که بر زمان‌بندی بسیار دقیق متکی هستند، ببریم.»
ما امیدواریم که این تحقیق و سیستم ما راه‌های جدیدی را برای وارد کردن دقت فوق‌العاده ساعت‌های اتمی به فن‌آوری‌های زمان‌بندی، ناوبری و موقعیت فشرده‌تر باز کند، و کشف این احتمالات از طریق همکاری گسترده‌تر ما با آزمایشگاه ملی فیزیکی و مرکز بریتانیا برای موقعیت‌یابی و موقعیت‌یابی کوانتومی فعال‌شده Tiig، بسیار هیجان‌انگیز است.»
این مطالعه تخصص‌های مرکز تحقیقات فوتونیک جدید دانشگاه لافبورو، دانشگاه ساسکس، دانشگاه شهر هنگ کنگ، فناوری‌های QXP، INRS-EMT و دانشگاه فناوری سوئینبرن و ARC-COMBS را گرد هم می‌آورد.
