Universiteiten van Monash en Melbourne ontwikkelen kwantum-geïnspireerde optische draadloze communicatie voor 6G-toepassingen

Onderzoeksteams van de Monash University en de University of Melbourne werken momenteel aan een baanbrekende benadering van optische draadloze communicatie. Deze innovatie is specifiek gericht op het oplossen van de kritieke uitdagingen die gepaard gaan met de komst van de zesde generatie netwerken (6G). Door principes uit de kwantumfysica te integreren in optische systemen, streven de onderzoekers naar ongekende snelheden, verbeterde betrouwbaarheid en een hogere energie-efficiëntie. Dit is met name van cruciaal belang voor drukke binnenomgevingen, zoals grootschalige datacenters waar de vraag naar bandbreedte exponentieel groeit.

Professor Thas Nirmalathas van de University of Melbourne, een gerenommeerd pionier op het gebied van draadloze optische communicatie, benadrukte dat de nieuwe architectuur is ontworpen om draadloze netwerken te voorzien van een capaciteit die vergelijkbaar is met die van glasvezelverbindingen. De kern van deze innovatie ligt in de fundamentele verschuiving van het traditionele gebruik van het radiofrequentiespectrum (variërend van 3 kHz tot 300 GHz) naar geavanceerde optische draadloze signalen. Deze signalen worden gevormd en gestuurd met behulp van coherentietechnieken die direct zijn geïnspireerd op de complexe wetten van de kwantummechanica.

Een essentieel onderdeel van dit nieuwe systeem is de modulaire opbouw, die gebaseerd is op optische phased arrays die gebruikmaken van kwantumontwerpprincipes. Dankzij deze specifieke constructie kunnen talloze kleine optische stralers samenwerken als één enkele, uiterst gefocuste bron. Dit proces vertoont sterke gelijkenissen met het fenomeen van superradiantie dat in kwantumapparaten wordt waargenomen. Een dergelijk mechanisme garandeert een krachtige en gerichte signaaloverdracht, wat onmisbaar is om interferentie te minimaliseren en de stabiliteit van de verbinding in complexe configuraties te waarborgen.

Professor Malin Premaratne, verbonden aan de faculteit Elektrotechniek van de Monash University, wees erop dat traditionele draadloze methoden tegen fundamentele grenzen aanlopen bij een hoge dichtheid van apparaten. In dergelijke scenario's neemt de interferentie toe, terwijl de betrouwbaarheid afneemt. Bovendien vormen het hoge energieverbruik en de bijbehorende warmteontwikkeling een serieuze belemmering voor de prestaties. Het opschalen van deze conventionele systemen vereist vaak een ingewikkelde bekabelingsinfrastructuur, wat de flexibiliteit van het netwerk aanzienlijk beperkt.

De resultaten van dit onderzoek, die zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift IEEE Communications Letters, bieden een veelbelovende oplossing voor het opschalen van netwerken zonder dat de volledige infrastructuur hoeft te worden herbouwd. Het modulaire ontwerp biedt niet alleen flexibiliteit, maar ook de mogelijkheid om energie uiterst nauwkeurig te focussen. Deze technologie is bedoeld voor toepassingen die verder gaan dan de standaard consumentenapparatuur; het richt zich ook op supersnelle verbindingen binnen computers en datacenters, waar beperkingen op het gebied van ruimte, koeling en bekabeling het meest nijpend zijn.

De integratie van kwantumfysische principes in optische systemen markeert een potentiële paradigmaverschuiving binnen de wereld van draadloze communicatie. Het concept van superradiantie, waarbij N stralers synchroniseren om een impuls te genereren met een intensiteit die evenredig is aan N in het kwadraat, belooft een uitzonderlijk hoge coherentie en energie-efficiëntie. In de context van 6G, waar edge computing en gedistribueerde intelligentie centraal staan, zijn dergelijke doorbraken op de fysieke laag fundamenteel. Ze zijn essentieel voor het bereiken van de gestelde doelen van ultrahoge datasnelheden en een latentie van minder dan een milliseconde, waardoor draadloze binnennetwerken de prestaties van glasvezel eindelijk kunnen evenaren.