I ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando su metodi per trasferire dati nell'intervallo terahertz (THz), che permetterebbe di inviare e ricevere informazioni più rapidamente rispetto alla tecnologia odierna. Ma è molto più difficile codificare i dati nella gamma THz rispetto alla gamma GHz attualmente utilizzata dalla tecnologia 5G. Un gruppo di scienziati dell'Università ITMO ha dimostrato la possibilità di modificare gli impulsi terahertz per utilizzarli per la trasmissione dei dati. Hanno pubblicato i loro risultati in Rapporti scientifici .

Le società di telecomunicazioni nelle economie avanzate stanno iniziando ad adottare il nuovo standard 5G, che fornirà velocità di trasferimento dati wireless precedentemente impossibili. Nel frattempo, mentre le aziende implementano questa nuova generazione di reti di dati, gli scienziati sono già al lavoro sul suo successore. "Stiamo parlando di tecnologie 6G, "dice Egor Oparin, un membro dello staff del Laboratorio di ottica e femtotecnologie dei femtosecondi dell'Università ITMO. "Aumenteranno la velocità di trasferimento dei dati da 100 a 1, 000 volte, ma implementarli richiederà di passare alla gamma terahertz".

Oggi, una tecnologia per il trasferimento simultaneo di più canali di dati su un singolo canale fisico è stata implementata con successo nella gamma dell'infrarosso (IR). Questa tecnologia si basa sull'interazione tra due impulsi IR a banda larga con una larghezza di banda misurata in decine di nanometri. Nella gamma terahertz, la larghezza di banda di tali impulsi sarebbe molto più grande, e così, a sua volta, sarebbe la loro capacità di trasferimento dei dati.

Ma scienziati e ingegneri dovranno trovare soluzioni a numerosi problemi cruciali. Uno di questi problemi ha a che fare con la garanzia dell'interferenza di due impulsi, che risulterebbe in un cosiddetto treno di impulsi, o pettine di frequenza, utilizzato per codificare i dati.

"Nella gamma di terahertz, gli impulsi tendono a contenere un piccolo numero di oscillazioni di campo; letteralmente uno o due per impulso, " dice Egor Oparin. "Sono molto brevi e sembrano sottili picchi su un grafico. È piuttosto difficile ottenere interferenze tra tali impulsi, perché sono difficili da sovrapporre."

Un team di scienziati dell'Università ITMO ha suggerito di estendere l'impulso nel tempo in modo che duri parecchie volte più a lungo ma venga comunque misurato in picosecondi. In questo caso, le frequenze all'interno di un impulso non si verificano simultaneamente, ma si susseguono in successione. In termini scientifici, questo si chiama cinguettio, o modulazione di frequenza lineare. Però, questo presenta un'altra sfida:sebbene le tecnologie di cinguettio siano abbastanza ben sviluppate nella gamma dell'infrarosso, c'è una mancanza di ricerca sull'uso della tecnica nella gamma dei terahertz.

"Ci siamo rivolti alle tecnologie utilizzate nel campo delle microonde, "dice Egor Oparin, chi è coautore del documento.

"Utilizzano attivamente guide d'onda metalliche, che tendono ad avere un'elevata dispersione, il che significa che diverse frequenze di emissione si propagano a velocità diverse lì. Ma nella gamma di microonde, queste guide d'onda sono utilizzate in modalità singola, o, per dirla diversamente, il campo è distribuito in una configurazione, Uno specifico, banda di frequenza stretta, e di regola, in una lunghezza d'onda. Abbiamo preso una guida d'onda simile di dimensioni adatte alla gamma dei terahertz e abbiamo fatto passare un segnale a banda larga attraverso di essa in modo che si propagasse in diverse configurazioni. A causa di ciò, il polso è diventato più lungo nella durata, passando da due a circa sette picosecondi, che è tre volte e mezzo di più. Questa è diventata la nostra soluzione".

Utilizzando una guida d'onda, i ricercatori sono stati in grado di aumentare la lunghezza degli impulsi a una durata necessaria da un punto di vista teorico. Ciò ha permesso di ottenere un'interferenza tra due impulsi cinguettati che insieme creano un treno di impulsi. "La cosa fantastica di questo treno di impulsi è che mostra una dipendenza tra la struttura di un impulso nel tempo e lo spettro, " dice Oparin. "Quindi abbiamo una forma temporale, o semplicemente mettere, oscillazioni di campo nel tempo, e forma spettrale, che rappresenta quelle oscillazioni nel dominio della frequenza. Diciamo che abbiamo tre picchi, tre sottostrutture nella forma temporale, e tre sottostrutture corrispondenti nella forma spettrale. Utilizzando un filtro speciale per rimuovere parti della forma spettrale, possiamo 'lampeggiare' nella forma temporale e viceversa. Questa potrebbe essere la base per la codifica dei dati nella banda dei terahertz".