為了使數(shù)據(jù)傳輸速度超過第五代（5G）電信標準，來自新加坡南洋理工大學(xué)和日本大阪大學(xué)的科學(xué)家們經(jīng)過兩年的設(shè)計、制作和測試，利用光子拓撲絕緣體的概念制造了一種新型芯片。

研究人員表明，他們的芯片可以傳輸太赫茲波（THz），從而產(chǎn)生 11gb/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率，能夠支持 4K 高清視頻的實時流媒體傳輸，并且超過了 5G 無線通信的 10gbit/s 的理論極限。

太赫茲波是電磁波譜的一部分，介于紅外光波和微波之間，被認為是高速無線通信的下一個前沿領(lǐng)域。因為 THz 頻譜區(qū)域提供了更高的可用帶寬，這可以滿足對更高數(shù)據(jù)傳輸速率不斷增長的需求。

還可以推測，太赫茲頻譜帶可用于解決高速，高能效和低成本芯片內(nèi) / 芯片間通信鏈路之間的互連權(quán)衡。這可以幫助設(shè)計人員利用大型多核處理器，片上網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)級封裝解決方案。

不過，在太赫茲波能夠用于電信領(lǐng)域之前，還需要解決一些基本的挑戰(zhàn)，其中最大的兩個問題是材料缺陷和傳統(tǒng)波導(dǎo)（如晶體或空心電纜）的傳輸錯誤率。

這些問題在此更高的頻帶中變得尤為重要，因為更短的波長意味著更大的衰減以及對波導(dǎo)中材料缺陷的更大敏感性。當前的方法對諸如制造缺陷的缺陷和在尖角處的相當大的彎曲損失具有敏感性。

而光子拓撲絕緣體（PTI）克服了這些問題，它可以使光波在絕緣體的表面和邊緣傳導(dǎo)，而不是通過材料傳導(dǎo)，就像火車沿著鐵路行駛一樣。當光沿著光子拓撲絕緣體傳播時，它可以在銳角處重新定向，其流動將不受材料缺陷的干擾。

通過設(shè)計一種帶有一排排三角形孔的小硅芯片，小三角形與大三角形指向相反的方向，光波就能得到“拓撲保護”。這款全硅芯片顯示它可以無差錯地傳輸信號，同時以每秒 11 千兆比特的速率在 10 個銳角周圍傳輸太赫茲波，從而繞過硅制造過程中可能出現(xiàn)的任何材料缺陷。

該項目的負責人說，這是第一次在太赫茲光譜區(qū)域?qū)崿F(xiàn) PTIs，這證明了之前的理論概念在現(xiàn)實生活中是可行的。

他們的發(fā)現(xiàn)可能為更多的 PTI-THz 互連結(jié)構(gòu)鋪平道路，這些結(jié)構(gòu)可以將電路中的各種組件連接到無線通信設(shè)備中，使下一代“6G”通信在未來以每秒 TB 速度傳輸，甚至比 5G 快 10 到 100 倍。

負責人解釋說：“隨著第四次工業(yè)革命和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的迅速采用，包括智能設(shè)備、遠程攝像機和傳感器，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要無線處理大量數(shù)據(jù)，并依賴通信網(wǎng)絡(luò)提供超高速和低延遲。通過使用太赫茲波技術(shù)，它有可能促進芯片內(nèi)和芯片間的通信，以支持人工智能和基于云的技術(shù)，比如互聯(lián)的自動駕駛汽車，這些技術(shù)需要將數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)礁浇钠渌嚭突A(chǔ)設(shè)施上，以便更好地導(dǎo)航和避免事故。”
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