モナシュ大学とメルボルン大学、6G実現に向けた量子着想の光学無線通信技術を開発

モナシュ大学とメルボルン大学の研究チームは、次世代ネットワークである第6世代移動通信システム（6G）時代の到来に伴う重要課題の解決を目指し、光学無線通信への新たなアプローチを開発しています。この画期的なプロジェクトは、量子物理学の原理を光学システムに統合することで、これまでにない高速性、信頼性、そして優れたエネルギー効率を実現するものです。特に、データセンターのような高密度な屋内環境において、その真価を発揮することが期待されています。

無線光学通信分野の先駆者であるメルボルン大学のタス・ニルマラタス教授は、この新しいアーキテクチャが無線ネットワークにおいて光ファイバーに匹敵する帯域幅を提供することを目指していると述べています。この技術革新の核心は、従来の無線周波数（RF）スペクトル（3kHz〜300GHz）から光学無線信号への移行にあります。これらの信号は、量子力学から着想を得たコヒーレンス技術を用いて精密に形成・制御されます。

システムの鍵となるのは、量子設計の原理を取り入れた光学フェーズドアレイに基づくモジュール方式の採用です。この設計により、多数の小型光学放射器が、量子デバイスに見られる「超放射」現象に似た、高度に集束された単一の光源として機能します。このメカニズムは、強力かつ指向性の高い信号伝送を可能にし、複雑な構成下でも干渉を最小限に抑え、通信の信頼性を劇的に向上させます。

モナシュ大学工学部電気工学科のマリン・プレマラトネ教授は、従来の無線通信方式が高密度のデバイス環境において直面する根本的な限界を指摘しています。干渉の増大、信頼性の低下、そして消費電力や発熱の問題がパフォーマンスを制限する要因となっていました。さらに、こうしたシステムの拡張には複雑なケーブルインフラが必要となることが多く、柔軟性を損なう原因となっていました。

学術誌『IEEE Communications Letters』に掲載された今回の研究成果は、既存のインフラを全面的に刷新することなく、ネットワークの拡張を可能にする解決策を提示しています。モジュール式の構造は、優れた柔軟性とエネルギーの精密な集束能力を提供します。この技術は、一般的なユーザーデバイスの枠を超え、スペースや熱、配線の制約が極めて厳しいコンピューター内部やデータセンター内の高速接続といった課題の解決にも寄与します。

量子物理学の原理を光学システムに融合させることは、無線通信における潜在的なパラダイムシフトを意味しています。N個の放射器が同期してNの2乗に比例する強度のパルスを生成する「超放射」に似たコンセプトは、高いコヒーレンスとエネルギー効率を約束します。エッジコンピューティングや分散型インテリジェンスが中心となる6Gにおいて、物理層でのこうした進展は、超高速データ伝送とサブミリ秒単位の低遅延という目標達成に不可欠です。この開発により、屋内の無線ネットワークは光ファイバー級の性能へと大きく近づくことになります。