Durchbruch für 6G: Universitäten Monash und Melbourne entwickeln quantenbasierte optische Drahtlostechnologie

Forschungsteams der Monash University und der University of Melbourne arbeiten gemeinsam an einem bahnbrechenden Ansatz für die optische drahtlose Kommunikation. Diese Entwicklung zielt darauf ab, die kritischen Herausforderungen zu bewältigen, die mit der Einführung der sechsten Mobilfunkgeneration (6G) verbunden sind. Durch die Integration von Prinzipien der Quantenphysik in optische Systeme streben die Wissenschaftler eine signifikante Steigerung der Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz an. Dies ist insbesondere für dicht besiedelte Innenraumumgebungen wie moderne Rechenzentren von entscheidender Bedeutung.

Professor Thas Nirmalathas von der University of Melbourne, ein anerkannter Pionier auf dem Gebiet der drahtlosen optischen Kommunikation, erklärte, dass die neue Architektur darauf ausgelegt ist, in drahtlosen Netzwerken eine Bandbreite bereitzustellen, die der von Glasfaserkabeln entspricht. Die Innovation markiert einen entscheidenden Übergang von der traditionellen Nutzung des Hochfrequenzspektrums, das den Bereich von 3 kHz bis 300 GHz abdeckt, hin zu optischen drahtlosen Signalen. Diese Signale werden mithilfe von Kohärenztechniken geformt und gesteuert, die direkt von der Quantenmechanik inspiriert sind.

Ein zentrales Element des Systems ist ein modularer Aufbau, der auf optischen phasengesteuerten Arrays basiert und spezifische Prinzipien des Quantendesigns nutzt. Diese Konstruktion ermöglicht es einer Vielzahl kleiner optischer Emitter, als eine einzige, hochfokussierte Quelle zu agieren. Dieser Mechanismus ähnelt dem Phänomen der Superradianz, das üblicherweise in Quantengeräten beobachtet wird. Eine solche Struktur gewährleistet eine extrem leistungsstarke und gerichtete Signalübertragung, was unerlässlich ist, um Interferenzen zu minimieren und die Stabilität in komplexen Netzwerkkonfigurationen zu erhöhen.

Professor Malin Premaratne von der Fakultät für Elektrotechnik der Monash University wies darauf hin, dass herkömmliche drahtlose Methoden bei einer hohen Dichte an Endgeräten an fundamentale Grenzen stoßen. In solchen Szenarien nehmen Interferenzen massiv zu, während die Zuverlässigkeit der Verbindung sinkt. Zudem begrenzen der hohe Energieverbrauch und die damit verbundene Wärmeentwicklung die Gesamtleistung erheblich. Die Skalierung solcher Systeme erfordert oft eine komplizierte und starre Kabelinfrastruktur, was die Flexibilität moderner Netzwerke stark einschränkt.

Die Forschungsergebnisse, die in der Fachzeitschrift IEEE Communications Letters veröffentlicht wurden, bieten eine Lösung, die eine Skalierung von Netzwerken ohne eine vollständige Umgestaltung der bestehenden Infrastruktur ermöglicht. Das modulare Design bietet nicht nur die nötige Flexibilität, sondern auch die Fähigkeit zur präzisen Energiefokussierung. Diese Technologie ist darauf ausgerichtet, Probleme zu lösen, die weit über gewöhnliche Endgeräte hinausgehen. Dazu gehören Hochgeschwindigkeitsverbindungen innerhalb von Computern und in Rechenzentren, wo Platzmangel, Hitzeentwicklung und die Einschränkungen durch Verkabelungen die größten Hürden darstellen.

Die Verschmelzung von Quantenphysik und optischen Systemen stellt einen potenziellen Paradigmenwechsel in der drahtlosen Kommunikation dar. Das Konzept der Superradianz, bei dem N Emitter synchronisiert werden, um einen Impuls mit einer Intensität proportional zu N im Quadrat zu erzeugen, verspricht eine außergewöhnliche Kohärenz und Energieeffizienz. Im Kontext von 6G, wo Edge-Computing und verteilte Intelligenz eine zentrale Rolle spielen, sind solche Durchbrüche auf der physikalischen Ebene fundamental für das Erreichen der gesetzten Ziele. Sie ebnen den Weg für extrem hohe Datenübertragungsraten und Latenzzeiten im Sub-Millisekundenbereich, wodurch drahtlose Innenraumnetzwerke das Leistungsniveau von Glasfaserverbindungen erreichen.