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这颗米粒大小的“彩虹”芯片可能变革6G通信
一颗产生精心组织“彩虹”光的小芯片或有助于实现更快、更大容量的6G通信，并为量子技术提供更精确的定时。一粒米大小的微芯片可生成精心排序的……
来源:SciTech日报一种能够产生精确排列的“彩虹”光的小型芯片，可能有助于实现更快、更高容量的6G通信，并为量子技术提供更精确的定时。
一枚米粒大小的微芯片可以产生精心排序的光谱，并将其转换为多种称为毫米波的高频电磁信号。拉夫堡大学的物理学家及其国际合作者表示，这种方法最终可能支持需要大量带宽和超精确信号的技术。
毫米波对未来通信尤其具有吸引力，因为它们提供了更大的带宽，有效地为数据传输创造了额外的容量。挑战在于以先进系统所需的精度和稳定性产生这些频率。
“世界对数据的需求日益增长。我们希望更快、更高分辨率地发送和接收更多信息，而毫米波可以帮助提供这样做的能力，”拉夫堡大学涌现光子学研究中心Luke Peters博士说。
“它们最终可能有助于实现更快、更高容量的6G网络，但其潜力远超通信领域。这些频率还可用于雷达系统以及光谱学和天文仪器，帮助科学家研究材料并对宇宙进行极其精确的测量。”
“这些应用还有一段路要走，在将该技术用于现实世界系统之前还有一些挑战需要克服——但我们最新的工作解决了一个主要挑战。”
一枚芯片产生多个精确信号
研究人员使用微梳产生了毫米波，这是一种精确排列的光频集合，类似于彩虹的颜色，但位于人眼可见范围之外。然后可以使用专门的天线将这些光频转换为毫米波。
先前的研究表明，微梳可以产生一个精确的毫米波频率。同时产生多个频率可以为同时传输数据提供多个通道，但实现这一点需要具有异常高稳定性和清晰度的微梳。
在发表在《自然通讯》上的一篇论文中，由拉夫堡大学领导的研究人员展示了一种能够产生这种稳定、高质量微梳的系统。其光学频率随后可被同时转换为多个精确间隔的毫米波频率。
区别在于微梳的产生方式。传统系统通常将激光引导到微谐振器中，这是一种在芯片上制造的微小结构，可捕获光并使其循环。
拉夫堡系统将此芯片级微谐振器与一个更大的光纤环路相结合。激光反复穿过两个组件，帮助所需的光学状态发展和保持稳定。
“我们基本上创造了一个令人难以置信的精确和稳定的‘芯片上的彩虹’，其中环路不断将光反馈回芯片，使这些状态有效地建立，自行启动，即使系统受到干扰也能保持稳定，”Peters博士说。
“它也非常坚固。我们甚至让人们在系统旁边跳跃，微梳仍然保持稳定。”
毫米波保留了原始精度
研究人员还表明，微梳“彩虹”中的各个频率可以被调整，允许增强一些频率而减弱另一些。重要的是，光学微梳的精度和稳定性在频率转换为毫米波信号后保持不变。
“能够使各个频率更强或更弱，让我们对我们产生的信号有了更多的控制，因为不同的应用需要不同的频率组合，”Peters博士说。
“同样重要的是，我们已经证明了微梳的精度可以传递到毫米波。这给了我们一整套高度受控的信号，这正是精度和稳定性至关重要的应用所需要的。”
“同样水平的精度对于定时也很有价值。精确计时是新兴量子技术的核心，其中极端准确性是一个要求。”
研究人员目前正在研究该技术如何超越实验室实验。
尽管中央微芯片只有米粒大小，但完整的设备目前占据一张桌面。未来的版本可能使用更少的能源并占用更少的空间，有可能将整个系统缩小到大约鞋盒大小。
研究人员想要探索的一种可能性是将该技术置于卫星上，其中最小化尺寸、重量和功耗尤为重要。
下一个挑战是缩小系统
研究人员还在测试微梳精度的极限。通过与国家物理实验室的合作，他们正在将该系统与精密时钟进行比较，并研究在定时、导航和定位方面的可能用途。这项工作也为涉及国家物理实验室和英国量子赋能定位、导航与定时中心的努力做出了贡献。
“我们非常兴奋地看到我们能将这种微梳的精度和稳定性提升到何种程度，特别是对于依赖超精确计时的技术，”领导微梳稳定性测量的Antonio Cutrona博士说。
“我们希望这项研究和我们的系统能够开辟新的途径，将原子钟的超凡精度带入更紧凑的定时、导航和定位技术中，通过我们与国家物理实验室和英国量子赋能定位、导航与定时中心更广泛的合作来探索这些可能性，尤其令人兴奋。”
参考文献：“由光学微梳产生的毫米波梳”，作者：L. Peters, A. Cutrona, A. R. Cooper, L. Olivieri, F. Getman, V. Cecconi, N. Paul, D. Das, M. Rowley, S. T. Chu, B. E. Little, R. Morandotti, D. J. Moss, J. S. Totero Gongora, A. Pasquazi and M. Peccianti，2026年8月20日，《自然通讯》。
DOI: 10.1038/s41467-026-76747-2
该项目获得了欧洲研究理事会在欧盟地平线2020研究与创新计划下的资助，拨款协议号725046。
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