De gauche à droite :Abhishek Kumar, doctorant en dernière année de la NTU, Assoc Prof Ranjan Singh et postdoc Dr Yihao Yang. Le Dr Singh tient la puce isolante topologique photonique en silicium, qui peut transmettre des ondes térahertz à des vitesses ultra-élevées. Crédit :NTU Singapour
Pour permettre des vitesses de transmission de données qui dépassent les normes de 5e génération (5G) pour les télécommunications, scientifiques de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapore) et l'Université d'Osaka au Japon ont construit une nouvelle puce utilisant un concept appelé isolants topologiques photoniques.
Publié récemment dans Photonique de la nature , les chercheurs ont montré que leur puce peut transmettre des ondes térahertz (THz) entraînant un débit de données de 11 gigabits par seconde (Gbit/s), qui est capable de prendre en charge le streaming en temps réel de vidéo haute définition 4K, et dépasse la limite théorique jusqu'ici de 10 Gbit/s pour les communications sans fil 5G.
Les ondes THz font partie du spectre électromagnétique, entre les ondes lumineuses infrarouges et les micro-ondes, et ont été présentés comme la prochaine frontière des communications sans fil à haute vitesse.
Cependant, Des défis fondamentaux doivent être relevés avant que les ondes THz puissent être utilisées de manière fiable dans les télécommunications. Deux des plus gros problèmes sont les défauts de matériaux et les taux d'erreur de transmission trouvés dans les guides d'ondes conventionnels tels que les cristaux ou les câbles creux.
Ces problèmes ont été résolus à l'aide d'isolateurs topologiques photoniques (PTI), qui permet de conduire des ondes lumineuses sur la surface et les bords des isolants, semblable à un train suivant les chemins de fer, plutôt qu'à travers la matière.
Lorsque la lumière se déplace le long d'isolants topologiques photoniques, il peut être redirigé vers les angles vifs et son écoulement résistera à être perturbé par les imperfections matérielles.
En concevant une petite puce de silicium avec des rangées de trous triangulaires, avec de petits triangles pointant dans la direction opposée aux plus grands triangles, les ondes lumineuses deviennent « protégées topologiquement ».
De gauche à droite :le physicien NTU Assoc Prof Ranjan Singh et le premier auteur de l'article, le Dr Yihao Yang, discutant des futures expériences avec leur nouvelle puce térahertz à isolant topologique photonique Crédit :NTU Singapour
Cette puce entièrement en silicium a démontré qu'elle pouvait transmettre des signaux sans erreur tout en acheminant les ondes THz autour de 10 angles vifs à une vitesse de 11 gigabits par seconde, en contournant les défauts matériels qui auraient pu être introduits dans le processus de fabrication du silicium.
Chef de projet, NTU Assoc Prof Ranjan Singh, a déclaré que c'était la première fois que des PTI étaient réalisés dans la région spectrale térahertz, ce qui prouve le concept précédemment théorique, réalisable dans la vraie vie.
Leur découverte pourrait ouvrir la voie à davantage d'interconnexions PTI THz - des structures qui connectent divers composants d'un circuit - à intégrer dans des dispositifs de communication sans fil, donner à la prochaine génération de communications « 6G » une vitesse sans précédent de téraoctets par seconde (10 à 100 fois plus rapide que la 5G) à l'avenir.
"Avec la 4e révolution industrielle et l'adoption rapide des équipements Internet des objets (IoT), y compris les appareils intelligents, caméras et capteurs à distance, Les équipements IoT doivent gérer sans fil de gros volumes de données, et s'appuie sur des réseaux de communication pour offrir des vitesses ultra-élevées et une faible latence, " explique Assoc Prof Singh.
"En utilisant la technologie THz, il peut potentiellement stimuler la communication intra-puce et inter-puce pour prendre en charge l'intelligence artificielle et les technologies basées sur le cloud, comme les voitures autonomes interconnectées, qui devra transmettre rapidement des données à d'autres voitures et infrastructures à proximité pour mieux naviguer et aussi pour éviter les accidents."
Ce projet a pris l'équipe NTU et leurs collaborateurs dirigés par le professeur Masayki Fujita à l'Université d'Osaka deux ans de conception, fabrication, et des tests.
Le professeur Singh pense qu'en concevant et en produisant une plate-forme miniaturisée à l'aide des procédés de fabrication actuels du silicium, leur nouvelle puce d'interconnexion THz haute vitesse s'intégrera facilement dans les conceptions de circuits électroniques et photoniques et contribuera à l'adoption généralisée du THz à l'avenir.
Les domaines d'application potentielle de la technologie d'interconnexion THz comprendront les centres de données, appareils IOT, des processeurs multicœurs massifs (puces de calcul) et des communications longue portée, y compris les télécommunications et les communications sans fil telles que le Wi-Fi.
