Радуга-на-чипе: создана фотонная технология для сетей 6G и квантовых вычислений
Чип размером с рисовое зернышко превратил свет в набор точных миллиметровых частот. Систему не смогли сбить даже прыжки разработчиков рядом.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Физики из Университета Лафборо (Loughborough University, Англия) и их международные коллеги продемонстрировали необычный микрочип. Он создает целый спектр строго разделенных частот света, а затем превращает его в несколько высокочастотных сигналов миллиметрового диапазона. Такая технология в перспективе может пригодиться для сетей 6G, радаров, спектроскопии и систем сверхточного времени. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Радуга, которую глаз не увидит
Главный герой разработки — микрогребенка (microcomb), создающая эффект «радуги-на-чипе» (Rainbow-on-a-chip). Название звучит почти как научная фантастика, но принцип вполне физический: устройство формирует множество частот света, расположенных через строго заданные интервалы. Если обычную радугу представить как плавную растяжку цветов, то микрогребенка больше похожа на аккуратно расставленные зубцы расчески.
Сам чип крошечный — примерно с зернышко риса. Внутри находится микрорезонатор, в котором циркулирует лазерный свет. Но исследователи добавили к нему внешнюю петлю оптического волокна. Свет постоянно проходит через чип и петлю, благодаря чему нужные состояния эффективно накапливаются и сохраняются.
Именно стабильность была одним из главных камней преткновения. Ранее микрогребенки уже использовали для получения отдельных точных миллиметровых частот, однако одновременная генерация множества каналов требовала особенно чистого и устойчивого сигнала. Теперь ученые показали, что целый набор частот можно получить сразу, причем с сохранением точности при преобразовании в миллиметровые волны.
Это не лабораторный образец «руками не трогать»
У разработки есть эффектный стресс-тест. Исследователи специально проверяли, насколько система чувствительна к внешним воздействиям. Рядом с установкой люди прыгали — и микрогребенка продолжала работать стабильно. Правда, до карманного гаджета пока далеко: вся экспериментальная система занимает лабораторный стол, хотя авторы рассчитывают в будущем уменьшить ее примерно до размера обувной коробки. Среди потенциальных применений они отдельно рассматривают спутники, где особенно важны минимальные масса, размеры и энергопотребление.
Для 6G такая технология интересна прежде всего возможностью получить сразу несколько точно разнесенных миллиметровых каналов. Миллиметровые волны привлекательны широким доступным диапазоном частот, то есть большим «пространством» для передачи данных. Но высокая точность и стабильность генерации здесь критически важны.
При этом ученые не сводят разработку к мобильной связи. Управляя микрогребенкой, они могут делать отдельные частоты сильнее или слабее, формируя нужные комбинации сигналов. Это потенциально полезно для радаров, спектроскопии и астрономических приборов, где требуется не просто много сигналов, а возможность ювелирно ими управлять.
Еще одно направление — точный отсчет времени. Исследователи проверяют систему вместе с прецизионными часами и рассматривают ее применение в навигации и определении местоположения. В перспективе компактные устройства на основе микрогребенки могут адаптировать возможности атомных часов к компактным системам.
Hi-Tech Mail ранее рассказывал об отечественных разработках в той же области. В частности, российские ученые создали перестраиваемые элементы фотонных схем для субтерагерцового диапазона, предназначенные в том числе для будущих систем 6G.
Еще ближе к нынешней теме — материал Hi-Tech Mail «С точностью до нанометра», где описано, как частотная гребенка обеспечит ювелирное измерение расстояний за доли микросекунд.
ПроцессорПоделиться
