Imaginez un avenir où les connexions internet sont non seulement rapides comme l’éclair, mais aussi remarquablement fiables, même dans les espaces encombrés. Cette vision se rapproche rapidement de la réalité, grâce à de nouvelles recherches sur les technologies de communication térahertz. Ces innovations sont appelées à transformer les communications sans fil, en particulier à mesure que les technologies de communication progressent vers la prochaine génération de réseaux, la 6G.
Je suis ingénieur et je me concentre sur la photonique, l’étude de la façon dont la lumière et d’autres ondes électromagnétiques sont générées et détectées. Dans le cadre de cette recherche, mes collègues et moi-même avons mis au point une puce de formateur de faisceau topologique en silicium. Le terme topologique fait référence aux caractéristiques physiques du silicium qui permettent de diriger les ondes térahertz, et le terme formeur de faisceau fait référence à l’objectif de la puce : former des ondes térahertz en faisceaux dirigés.
Les fréquences térahertz sont essentielles pour la 6G, que les entreprises de télécommunications prévoient de déployer vers 2030. Le spectre des fréquences radio utilisé par les réseaux sans fil actuels est de plus en plus encombré. Les ondes térahertz offrent une solution en utilisant la partie relativement inoccupée du spectre électromagnétique entre les micro-ondes et les infrarouges. Ces fréquences plus élevées peuvent transporter des quantités massives de données, ce qui les rend idéales pour les applications à forte intensité de données de l’avenir.
Notre puce prend un signal térahertz provenant d’une source unique et le divise en 54 signaux plus petits, qui sont ensuite guidés à travers 184 minuscules canaux avec 134 virages serrés. Chaque faisceau peut transmettre et recevoir des données à des vitesses comprises entre 40 et 72 gigabits par seconde, soit plusieurs fois plus vite que les réseaux 5G actuels.
Avec l’aide de l’intelligence artificielle, nous avons conçu la puce de manière à ce qu’elle présente un motif microscopique spécifique en nid d’abeille pour former des couloirs pour les ondes térahertz. Le réseau de canaux envoie des faisceaux puissants et ciblés qui couvrent l’ensemble des 360 degrés autour de la puce. Cela permet à un téléphone ou à un autre appareil sans fil situé à proximité d’un routeur Wi-Fi ou d’un autre appareil de communication utilisant la puce de recevoir le signal à grande vitesse. Nous avons fait la démonstration de la puce en divisant un signal d’entrée de vidéo HD en continu en quatre faisceaux de sortie.
Les formateurs de faisceaux dans les réseaux sans fil
Les ondes térahertz ont une portée plus courte que les signaux à basse fréquence utilisés dans les réseaux 4G et 5G. Les formeurs de faisceaux térahertz relèvent ce défi en dirigeant avec précision les signaux à haute fréquence afin qu’ils atteignent leur destination sans perte ni dégradation.
Les formateurs de faisceaux sont essentiels pour la prochaine génération de communications sans fil. Contrairement aux antennes traditionnelles qui diffusent des signaux sans discernement, les formeurs de faisceaux concentrent les signaux dans des directions spécifiques, ce qui améliore à la fois l’efficacité et la fiabilité. Notre puce garantit que ces faisceaux couvrent toutes les directions.
Cette approche ciblée permet non seulement d’étendre la portée du signal, mais aussi d’en améliorer la qualité, même sur de longues distances. Les formateurs de faisceaux joueront probablement un rôle crucial dans la gestion de connexions stables en réduisant les interférences à mesure que le monde comptera des milliards d’appareils connectés.
Un avenir avec la formation de faisceaux térahertz
L’impact potentiel des puces à formation de faisceau térahertz sur la vie quotidienne est considérable. Par exemple, ces puces pourraient permettre de télécharger un film en ultra-haute définition 4K en quelques secondes seulement, contre 11 minutes avec le W-Fi actuel, ou de prendre en charge des expériences immersives de réalité virtuelle et augmentée sans aucun décalage.
Au-delà du divertissement, elles pourraient faire de la communication holographique en temps réel une réalité, où les personnes apparaissent sous la forme d’hologrammes réalistes. Les villes intelligentes pourraient utiliser cette technologie pour coordonner de manière transparente les systèmes de circulation et les interventions d’urgence, tandis que les soins de santé pourraient bénéficier de chirurgies à distance où les médecins contrôlent des instruments robotisés à distance.
La puce de formation de faisceau térahertz représente une avancée significative sur la voie d’une communication sans fil plus rapide et plus fiable en surmontant les défis de la transmission de signaux à haute fréquence.
Légende illusstration : Les angles et les branches de cette illustration d’une puce sont essentiels à l’utilisation des ondes térahertz pour la prochaine génération de communications sans fil à haut débit. Wenhao Wang, Guillaume Ducournau et Ranjan Singh
Ranjan Singh, Professor of Electrical Engineering, University of Notre Dame. Cet article est republié à partir de The Conversation sous license Creative Commons. Lire l’ article original.
