想象一下这样一个未来:互联网连接不仅闪电般快，而且非常可靠，即使在拥挤的空间里也是如此。由于对太赫兹通信技术的新研究，这一愿景正在迅速接近现实。这些创新将改变无线通信，特别是随着通信技术向下一代网络6G的发展。

　　我是一名专攻光子学的工程师，研究光和其他电磁波是如何产生和检测的。在这项研究中，我和我的同事开发了一种硅拓扑波束形成芯片。拓扑学指的是硅中帮助引导太赫兹波的物理特征，而波束形成器指的是芯片的目的:将太赫兹波形成定向波束。

　　太赫兹频率对电信公司计划在2030年左右推出的6G至关重要。当前无线网络使用的无线电频谱正变得越来越拥挤。太赫兹波提供了一种解决方案，它利用了微波和红外线之间相对未被占用的电磁频谱部分。这些更高的频率可以承载大量数据，使其成为未来数据密集型应用的理想选择。

　　我们的芯片从单一来源获取太赫兹信号，并将其分成54个更小的信号，然后引导这些信号通过184个微小的通道，有134个急转弯。每个波束可以以每秒40到72千兆位的速度传输和接收数据，比今天的5G网络快很多倍。

　　在人工智能的帮助下，我们设计的芯片具有特定的微观蜂窝状图案，以形成太赫兹波的通道。通道阵列发出强大的聚焦光束，覆盖芯片周围的整个360度。这使得手机或其他无线设备在Wi-Fi路由器或其他使用该芯片的通信设备周围的任何地方都可以接收高速信号。我们通过将流媒体高清视频的输入信号分成四个输出波束来演示该芯片。

　　与4G和5G网络中使用的低频信号相比，太赫兹波的范围更短。太赫兹波束成型机通过精确定向高频信号来解决这一挑战，以确保它们到达目的地而不会丢失或退化。

　　波束形成器对下一代无线通信至关重要。与不加选择地广播信号的传统天线不同，波束形成器将信号聚焦在特定方向，从而提高了效率和可靠性。我们的芯片确保这些波束覆盖所有方向。

　　这种集中的方法不仅扩大了信号的范围，而且提高了信号的质量，即使在长距离上也是如此。随着世界上连接设备的增加，波束形成器可能在通过减少干扰来管理稳定连接方面至关重要。

　　太赫兹波束成形芯片对日常生活的潜在影响是深远的。例如，这些芯片可以在短短几秒钟内下载一部4K超高清电影，而现在的wi - fi需要11分钟，或者支持沉浸式虚拟现实和增强现实体验，而不会有任何延迟。

　　除了娱乐之外，它们还可以使实时全息通信成为现实，在那里人们看起来像栩栩如生的全息图。智能城市可以利用这项技术无缝协调交通系统和应急响应，而医疗保健可以从远程手术中受益，医生可以远程控制机器人设备。

　　太赫兹波束形成芯片通过克服高频信号传输的挑战，在实现更快、更可靠的无线通信的道路上迈出了重要的一步。

　　Ranjan Singh，圣母大学电气工程教授

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