Uniwersytety Monash i Melbourne opracowują kwantową łączność optyczną dla technologii 6G

Zespoły badawcze z Uniwersytetu Monash oraz Uniwersytetu w Melbourne intensywnie pracują nad nowatorskim podejściem do optycznej komunikacji bezprzewodowej, które ma na celu rozwiązanie krytycznych problemów mogących pojawić się w erze sieci szóstej generacji (6G). Ta przełomowa technologia integruje zaawansowane zasady fizyki kwantowej z systemami optycznymi, aby osiągnąć niespotykaną dotąd prędkość, niezawodność oraz efektywność energetyczną. Jest to szczególnie istotne w przypadku gęsto rozmieszczonych środowisk wewnętrznych, takich jak nowoczesne centra przetwarzania danych, gdzie tradycyjne metody przesyłu danych stają się niewystarczające.

Profesor Thas Nirmalathas z Uniwersytetu w Melbourne, będący pionierem w dziedzinie bezprzewodowej łączności optycznej, stwierdził, że nowa architektura została zaprojektowana w celu zapewnienia przepustowości porównywalnej z technologią światłowodową, lecz w ramach sieci bezprzewodowych. Innowacja ta opiera się na odejściu od konwencjonalnego wykorzystania widma częstotliwości radiowych, obejmującego zakres od 3 kHz do 300 GHz, na rzecz optycznych sygnałów bezprzewodowych. Sygnały te są precyzyjnie formowane i kierowane dzięki zastosowaniu technik koherencji, które czerpią inspirację bezpośrednio z mechaniki kwantowej.

Kluczowym elementem opracowanego systemu jest modułowe podejście oparte na optycznych układach fazowych, wykorzystujących specyficzne zasady projektowania kwantowego. Taka unikalna konstrukcja pozwala wielu niewielkim emiterom optycznym na wspólną pracę jako jeden, wysoce skoncentrowany strumień światła. Mechanizm ten jest analogiczny do zjawiska superradiancji, które obserwuje się w zaawansowanych urządzeniach kwantowych. Dzięki temu możliwa jest potężna i ściśle ukierunkowana transmisja sygnału, co jest niezbędne do minimalizacji zakłóceń i zwiększenia stabilności połączenia w trudnych warunkach konfiguracyjnych.

Profesor Malin Premaratne, reprezentujący Wydział Inżynierii Elektrycznej Uniwersytetu Monash, zwrócił uwagę na fakt, że tradycyjne metody łączności bezprzewodowej napotykają na bariery nie do pokonania przy wysokim zagęszczeniu urządzeń. W takich scenariuszach gwałtownie rosną interferencje, co bezpośrednio przekłada się na spadek niezawodności, podczas gdy wysokie zużycie energii i generowanie ciepła ograniczają ogólną wydajność sprzętu. Ponadto skalowanie obecnych systemów często wiąże się z koniecznością budowy skomplikowanej infrastruktury kablowej, co drastycznie ogranicza elastyczność operacyjną sieci.

Rezultaty tych przełomowych prac badawczych zostały opublikowane w renomowanym czasopiśmie IEEE Communications Letters. Proponowane rozwiązanie umożliwia skalowanie sieci bez potrzeby przeprowadzania kosztownej i czasochłonnej modernizacji całej infrastruktury. Modułowa konstrukcja gwarantuje nie tylko elastyczność, ale także zdolność do niezwykle precyzyjnego skupiania energii sygnału. Technologia ta ma szansę rozwiązać problemy wykraczające daleko poza standardowe urządzenia użytkowe, znajdując zastosowanie w szybkich połączeniach wewnątrz jednostek obliczeniowych i centrów danych, gdzie restrykcje dotyczące miejsca, temperatury i okablowania są najbardziej rygorystyczne.

Integracja zasad fizyki kwantowej z systemami optycznymi zwiastuje potencjalną zmianę paradygmatu w całej branży komunikacji bezprzewodowej. Koncepcja zbliżona do superradiancji, w której grupa N emiterów synchronizuje się, by wygenerować impuls o intensywności proporcjonalnej do kwadratu liczby N, obiecuje wyjątkową koherencję i oszczędność energii. W kontekście nadchodzącej technologii 6G, gdzie kluczową rolę będą odgrywać obliczenia brzegowe oraz inteligencja rozproszona, takie innowacje na poziomie warstwy fizycznej są fundamentem do osiągnięcia celów takich jak ultraszybki transfer danych i opóźnienia na poziomie submilisekundowym. Dzięki temu opracowaniu, wewnętrzne sieci bezprzewodowe stają się realną alternatywą dla wydajności oferowanej dotychczas jedynie przez kable światłowodowe.