Para permitir velocidades de transmissão de dados que ultrapassam os padrões da 5ª geração (5G) para telecomunicações, cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) e a Universidade de Osaka, no Japão, construíram um novo chip usando um conceito chamado isoladores topológicos fotônicos.

Publicado recentemente em Nature Photonics , os pesquisadores mostraram que seu chip pode transmitir ondas terahertz (THz), resultando em uma taxa de dados de 11 Gigabits por segundo (Gbit / s), que é capaz de suportar streaming em tempo real de vídeo de alta definição 4K, e excede o limite teórico até agora de 10 Gbit / s para comunicações sem fio 5G.

As ondas THz fazem parte do espectro eletromagnético, entre ondas de luz infravermelha e microondas, e têm sido apontados como a próxima fronteira das comunicações sem fio de alta velocidade.

Contudo, desafios fundamentais precisam ser enfrentados antes que as ondas THz possam ser usadas de forma confiável nas telecomunicações. Dois dos maiores problemas são os defeitos de material e as taxas de erro de transmissão encontrados em guias de onda convencionais, como cristais ou cabos ocos.

Esses problemas foram superados usando Isoladores Topológicos Fotônicos (PTI), que permite que as ondas de luz sejam conduzidas na superfície e nas bordas dos isoladores, semelhante a um trem seguindo ferrovias, ao invés do material.

Quando a luz viaja ao longo de isoladores topológicos fotônicos, ele pode ser redirecionado em torno de cantos agudos e seu fluxo resistirá a ser perturbado por imperfeições do material.

Ao projetar um pequeno chip de silício com fileiras de orifícios triangulares, com pequenos triângulos apontando na direção oposta a triângulos maiores, as ondas de luz tornam-se 'protegidas topologicamente'.

Este chip totalmente de silício demonstrou que pode transmitir sinais sem erros ao rotear ondas THz em torno de 10 cantos agudos a uma taxa de 11 gigabits por segundo, contornando quaisquer defeitos de material que possam ter sido introduzidos no processo de fabricação de silício.

Líder do projeto, NTU Assoc Prof Ranjan Singh, disse que esta foi a primeira vez que PTIs foram realizados na região espectral de terahertz, o que prova o conceito anteriormente teórico, viável na vida real.

Sua descoberta pode abrir caminho para que mais interconexões PTI THz - estruturas que conectam vários componentes em um circuito - sejam integradas a dispositivos de comunicação sem fio, para dar à próxima geração de comunicações '6G' uma velocidade sem precedentes de terabytes por segundo (10 a 100 vezes mais rápido do que 5G) no futuro.

"Com a 4ª revolução industrial e a rápida adoção de equipamentos de Internet das Coisas (IoT), incluindo dispositivos inteligentes, câmeras e sensores remotos, O equipamento IoT precisa lidar com grandes volumes de dados sem fio, e depende de redes de comunicação para oferecer velocidades ultra-altas e baixa latência, "explica Assoc Prof Singh.

"Ao empregar a tecnologia THz, pode potencialmente aumentar a comunicação intra-chip e inter-chip para suportar inteligência artificial e tecnologias baseadas em nuvem, como carros autônomos interconectados, que precisará transmitir dados rapidamente para outros carros e infraestrutura próximos para navegar melhor e também para evitar acidentes. "

Este projeto levou a equipe da NTU e seus colaboradores liderados pelo Professor Masayki Fujita na Universidade de Osaka por dois anos de design, fabricação, e testes.

O professor Singh acredita que, ao projetar e produzir uma plataforma miniaturizada usando os atuais processos de fabricação de silício, seu novo chip de interconexão THz de alta velocidade será facilmente integrado aos projetos de circuitos eletrônicos e fotônicos e ajudará na ampla adoção do THz no futuro.

As áreas de aplicação potencial para a tecnologia de interconexão THz incluirão centros de dados, Dispositivos IOT, CPUs multicore massivas (chips de computação) e comunicações de longo alcance, incluindo telecomunicações e comunicação sem fio, como Wi-Fi.