72 Gbit/s sur 300 mm : la puce térahertz pulvérise les records de débit

Les communications sans fil franchissent une nouvelle étape technologique, explorant des fréquences inédites pour répondre aux exigences croissantes en matière de débit et de connectivité. Une innovation récente dans le domaine des ondes térahertz laisse entrevoir des améliorations significatives pour les futurs réseaux de communication.

Des chercheurs ont conçu un composant en silicium capable d’orienter des faisceaux d’ondes térahertz sur un angle de 360 degrés. Ce dispositif innovant intègre 184 guides d’ondes associés à des éléments rayonnants, permettant d’envisager de nouvelles applications en matière de communications sans fil à très haut débit.

La revue Nature a publié les résultats de cette recherche, soulignant l’importance de cette innovation technologique. Le composant fonctionne à une fréquence de 300 gigahertz, se positionnant ainsi dans la gamme des ondes térahertz, considérée comme essentielle pour les futures générations de réseaux sans fil.

Les défis des communications térahertz surmontés

Les réseaux de communication 6G et au-delà visent des débits de l’ordre du térabit par seconde, soit 100 fois supérieurs à ceux de la 5G actuelle. L’utilisation des fréquences térahertz s’avère nécessaire pour atteindre cet objectif. Cependant, ces ondes présentent un inconvénient majeur : leur atténuation rapide entraîne d’importantes pertes d’énergie.

Pour surmonter cet obstacle, les scientifiques ont élaboré un formateur de faisceaux capable de cibler précisément les utilisateurs. Cette approche évite le gaspillage d’énergie en concentrant le rayonnement uniquement sur les zones utiles. Le composant développé répond à plusieurs exigences essentielles : limitation des pertes, bande passante suffisante, large couverture spatiale et intégration aisée avec les autres éléments des systèmes de communication sans fil.

Cette innovation significative résulte d’une collaboration entre plusieurs institutions de recherche renommées. L’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN) et le laboratoire de Physique des lasers, atomes et molécules (PhLAM), tous deux affiliés au CNRS et à l’Université de Lille, ont conjugué leurs efforts avec des chercheurs de l’université de technologie de Nanyang (NTU) à Singapour.

Leur travail conjoint a abouti à la conception et à la fabrication d’une puce en silicium intégrant 184 guides d’ondes. Cette réalisation a été rendue possible grâce à une approche de guidage topologique novatrice, permettant la juxtaposition d’un grand nombre de canaux sans interférences mutuelles.

Des performances remarquables en situation réelle

Le formateur de faisceaux a été évalué dans un système de transmission térahertz complet, démontrant des capacités exceptionnelles. Des liaisons de 72 Gbit/s sur une distance de 300 mm ont été établies, ainsi que des connexions multi-points comprenant huit liaisons sans fil simultanées de 40 Gbit/s chacune.

Un autre aspect notable de cette innovation réside dans sa capacité à transmettre en temps réel des vidéos en haute définition. La flexibilité du système est assurée par la possibilité de sélectionner et reconfigurer les directions de rayonnement en éclairant localement la puce avec un laser.

Ces démonstrations impressionnantes ont bénéficié de l’expertise des laboratoires lillois en matière de caractérisation et de mesure des dispositifs térahertz. Le soutien du CPER Wavetech et le développement au sein des PEPR Électronique et Réseaux du futur ont joué un rôle déterminant dans la réalisation de ce projet ambitieux.

Cette avancée technologique marque une étape importante dans le développement des futurs réseaux de communication sans fil. En permettant des transmissions à très haut débit sur 360 degrés, ce composant ouvre de nouvelles possibilités pour la 6G et les générations suivantes de technologies de communication.

Légende illustration : Vue du formateur de faisceau sur 360°. ©Guillaume Ducournau, Anne Duchêne, IEMN, sur la base de la structure dessinée par leurs collègues de NTU Singapour

Références : « On-chip topological beamformer for multi-link terahertz 6G to XG wireless. » – Wenhao Wang, Yi Ji Tan, Thomas CaiWei Tan, Abhishek Kumar, Prakash Pitchappa, Pascal Szriftgiser, Guillaume Ducournau & Ranjan Singh.  Nature. 10.1038/s41586-024-07759-5