Inginerii elveţieni au atins un record absolut la viteza transmiterii de date, datorită creării unui modulator plasmonic, cu multiple implicaţii în progresul tehnologic

O mulţime de tehnologii din jurul nostru au nevoie de transmisie cât mai mare de date, de la automobilele autonome şi cele definite de soft, care au nevoie să comunice fără latenţe între modulele lor, până la centrele de date, super computerele de inteligenţă artificial şi chiar computere quantum. Acestea din urmă sunt şi mari consumatoare de energie. Deocamdată, cea mai rapidă formă viabilă de a transmite date este cea optică, prin fibră. Undele de lumină sunt transmise mult mai repede şi mai eficient decât undele curenţilor electrici, iar fibra optică are capacităţi atât de mari de transmitere de date, încât alte tehnologii din lanţul de transmitere de date sunt factorii limitatori de obicei. Acum inginerii elveţieni de la universitatea ETH Zurich au creat un modulator plasmonic care a permis atingerea unui record absolut la viteza transmiterii de date.

Foto: Reprezentarea noului modulator creat de inginerii elveţieni

Recordul a fost atins de o echipă de ingineri, condusă de Jürg Leuthold, profesor de Fotonică şi Comunicaţii la ETH Zurich, iar crearea acestui nou modulator plasmonic vine cu implicaţii majore în progresul tehnologic, de la reţelele mobile viitoare 6G până la inteligenţa artificială cu centre date uriaşe care ar consuma mult mai puţină energie şi ar fi şi mai rapide decât sunt azi.

În ce constă noua invenţie a elveţienilor, deci? Ei bine, ca datele să fie transmise prin fibră optică, e nevoie de modulatoare electrooptice, care transformă undele curenţilor electrici în unde de lumină. Deci, practic vorbim de o transformare a datelor în raze de lumină, după care are lor transformarea lor înapoi în date transmite prin circuite electronice, dacă e să descriem totul mult mai simplu. Aceste modulatoare există şi sunt aplicate deja în fibra optică, şi de obicei de ele depinde viteza maximă de transmisie a datelor, pentru că viteza lumii e cu mult peste viteza de convertire a acestora.

Foto: Modulatoare electrooptice folosite la fibre optice

Elveţienii au creat un modulator plasmonic, care primeşte curentul electric de la circuitul electronic transmiţător de date şi excită localizat plasmonii de pe suprafaţa metalului modulatorului, generând o rezonanţă, care cauzează fotonii să se cupleze cu electronii oscilanţi şi generând oscilaţii ale undelor de lumină. Aceste unde de lumină pot fi transmise deja mai departe în circuite fotonice închise sau în circuite de fibră optică. Iar la celălalt capăt, un modulator similar face conversia inversă a datelor.

Datorită acestei asocieri naturale a undelor de lumină cu electronii oscilanţi, consumul de energie pentru această conversie minim. Însă pentru o transmitere eficientă de date cu acest tip de modulatori e important să se atingă frecvenţe mari. Modulatoarele plasmonice anunţate până acum nu reuşiseră să ajungă la frecvenţe de peste 100-200 GHz, de 5 ori mai mici decât dezideratul de 1 THz al oamenilor de ştiinţă care dezvoltă aceste modulatoare. Noul modulator plasmonic elveţian a reuşit să atingă 1,14 THz, ceea ce constituie un record absolut.

Iar asta schimbă substanţial lucrurile şi deschide calea spre creşterea vitezei transmiterii de date deopotrivă cu sporirea eficienţei energetice. La modul practic, asta înseamnă excluderea latenţelor cele mai mici şi o transmitere de date în timp cu adevărat real, fapt deosebit de important acolo unde orice latenţă poate însemna generare de erori sau reacţii prea întârziate.

Foto: Profesorul Jürg Leuthold, coordonator al acestui proiect

Modulatorul plasmonic elveţian foloseşte aurul drept material conductor. Creatorii acestuia spun că cea mai aplicabilă tehnologie ce ar putea folosi acest modulator ar fi viitoarea reţea 6G, care trebuie să opereze la frecvenţe de THz. Cablurile între turnuri sunt de fibră optice, iar prezenţa unui asemenea modulator ar transforma direct impulsurile electrice de la undele radio în unde de lumină, fără procesare adiţională şi fără consum de energie, asigurând şi viteza extraordinară.

Acelaşi lucru e valabil de la radare, care vor putea transmite direct datele prin fibră optică, devenind mult mai prompte. Şi ne referim atât a radarele mari pentru aviaţie şi apărare, cât şi la radarele mici de pe maşini sau LiDAR-ele, folosite la condus autonom.

Pe lângă asta, scanerele de aeroport ar putea beneficia de noile modulatoare. De asemenea, tehnologia imagistică medicală de înaltă precizie ar beneficia de ea, inclusiv cea care foloseşte conexiuni criogenice.

Elveţienii spun că în lume există deja modulatoare electrooptice capabile să atingă aceleaşi frecvenţe, dar aceste rezultate se obţin prin componente complicate, multe la număr, şi energofage. Mai mult ca atât, e nevoie de diferite componente la diferite frecvenţe. Noul modulator simplifică enorm întregul proces, reduce substanţial consumul şi poate opera de la 10 MHz a 1 THz. Deci tot diapazonul de frecvenţă posibilă, printr-un singur component.

Potenţialul acestui dispozitiv nou, confirmat acum cu un record absolut de transmitere de date, e atât de mare, încât grupul de ingineri, ghidat de profesor, au fondat start-up-ul Polariton Technologies, cu susţinerea universităţii ETH, pentru a-l putea produce şi pune pe piaţă.