Oltre 350 GHz: trasmissione fotonica wireless a canale singolo da 112 Gbps a 560 GHz usando microcomb di solitoni

Perché i telefoni del futuro hanno bisogno di nuove onde invisibili

I nostri telefoni e dispositivi wireless bramano dati, ma le bande radio disponibili si stanno riempiendo. Questo studio esplora una nuova porzione dello spettro, molto al di sopra delle bande mobili odierne, per verificare se minuscoli chip alimentati dalla luce possano trasmettere traffico Internet attraverso l’aria abbastanza velocemente da sostituire alcuni cavi in fibra. Il lavoro mostra che questi piccoli motori fotonici possono spingere i link wireless in una regione poco utilizzata delle onde terahertz pur trasportando oltre 100 miliardi di bit al secondo.

Fare un passo oltre le onde affollate di oggi

Le reti 5G attuali operano per lo più sotto i 28 gigahertz, dove le frequenze sono occupate e i canali radio relativamente stretti. Per soddisfare le richieste dei futuri sistemi 6G, i ricercatori guardano alla banda terahertz, tra circa 0,3 e 1 trilione di cicli al secondo. Questa gamma offre porzioni di spettro ampie e pulite che potrebbero supportare link di backhaul estremamente veloci tra stazioni base. Tuttavia, più la frequenza è alta, più i segnali si attenuano rapidamente nell’aria, e l’elettronica convenzionale fatica a generare onde stabili e a basso rumore molto al di sopra dei 300 gigahertz. La regione sopra i 350 gigahertz è quindi rimasta in gran parte inutilizzata per link ad alta velocità, anche se non è ancora assegnata a molti servizi.

Usare la luce per generare onde radio ultra‑veloci

Per saltare in questa fascia superiore, il team ricorre alla fotonica, usando la luce invece della sola elettronica per creare il segnale radio. Al centro del loro setup c’è un chip in nitruro di silicio che produce un “pettine” di molte colorazioni laser equamente spaziati, tutti bloccati in fase tra loro. Questo pettine è generato da un particolare pattern di impulsi luminosi chiamato solitone che circola intorno a un piccolo anello sul chip. Due diodi laser ordinari sono forzati a seguire, o a sincronizzarsi, su due colori adiacenti del pettine. Quando questi due laser bloccati brillano insieme su un fotodiodo molto veloce, la loro leggera differenza di colore dà luogo a battimenti che producono un’onda terahertz stabile a 560 gigahertz, utilizzabile come portante per i dati.

Imballare la sorgente di luce in formato reale

Un ostacolo pratico importante per questi chip a pettine è stato far entrare e uscire la luce senza banchi ottici ingombranti che si disallineano. I ricercatori hanno risolto questo collegando direttamente fibre ottiche al chip usando una fibra a numerica apertura elevata di breve lunghezza e un adesivo UV‑indurente su un supporto in vetro. Questo pacchetto compatto è di pochi millimetri, ma può sopportare potenze di pompaggio dell’ordine di un watt e mantiene l’efficienza di accoppiamento quasi costante per molte ore. Nei test, il nuovo design con fibra mantenuta ha tenuto il pettine di solitoni in funzione per più di un giorno, mentre una configurazione tradizionale con lenti in spazio libero perdeva l’allineamento nell’arco di pochi minuti in condizioni simili. Questa stabilità a lungo termine è essenziale se tali pettini devono essere integrati in radio terahertz pratiche.

Trasmettere e ricevere flussi di dati ultra‑veloci

Una volta creata l’onda stabile a 560 gigahertz, uno dei laser sincronizzati viene inviato attraverso un modulatore avanzato che imprime i dati regolando sia l’ampiezza sia la fase della luce. Il team utilizza due formati comuni: quadrature phase shift keying e la modulazione in ampiezza di quadratura a 16 livelli, che veicolano rispettivamente due e quattro bit per simbolo. Il secondo laser sincronizzato rimane non modulato. Entrambi i flussi luminosi vengono combinati e convertiti in un segnale terahertz nel fotodiodo ad alta velocità, quindi lanciati attraverso un gap in spazio libero di dieci millimetri. Dall’altro lato, un miscelatore speciale e l’elettronica veloce traducono le onde terahertz ricevute a una frequenza più bassa che può essere registrata e analizzata senza ulteriori correzioni digitali oltre a quelle integrate nell’oscilloscopio.

Quanta informazione entra nel nuovo link

Per valutare le prestazioni del sistema, gli autori esaminano i pattern dei simboli ricevuti e calcolano quanto si discostano dalle posizioni ideali, una misura nota come error vector magnitude. Se questo valore rimane sotto certi limiti, i codici di correzione d’errore ordinari possono ripulire gli errori rimanenti. Usando il formato più semplice basato sulla fase, trasmettono dati a tassi di simbolo fino a 42 gigabaud, ottenendo 84 gigabit al secondo. Con il formato più esigente a 16 livelli raggiungono 28 gigabaud, corrispondenti a 112 gigabit al secondo su un singolo canale wireless a 560 gigahertz, tutti entro i limiti di errore più restrittivi. Confrontano inoltre l’operazione con e senza il riferimento del pettine e trovano che il lock sul pettine restringe la linewidth della portante e riduce il rumore di fase, migliorando in particolare le prestazioni a tassi di simbolo intermedi.

Cosa significa per i link wireless futuri

Per gli utenti quotidiani, il messaggio chiave è che i chip fotonici possono aiutare ad aprire nuove porzioni di spettro più tranquille per connessioni wireless molto veloci che un giorno potrebbero collegare le stazioni base e sostituire brevi tratti di fibra. Questo esperimento dimostra che una sorgente a pettine compatta, con collegamento in fibra, può alimentare in modo stabile un trasmettitore terahertz ben oltre i 350 gigahertz e comunque trasportare oltre 100 gigabit al secondo. Sebbene la particolare banda a 560 gigahertz usata qui subisca forte assorbimento nell’aria umida ed è più adatta a collegamenti molto brevi, lo stesso approccio può essere spostato a frequenze vicine dove i segnali viaggiano più lontano. Con emettitori terahertz più potenti e antenne a guadagno maggiore, gli autori prevedono che sistemi simili potrebbero in futuro supportare link da alcune centinaia di gigabit su distanze di diversi metri, costituendo un elemento per l’infrastruttura 6G del futuro.

Citazione: Tokizane, Y., Kishikawa, H., Kikuhara, T. et al. Beyond 350 GHz: Single-channel 112 Gbps photonic wireless transmission at 560 GHz using soliton microcombs. Commun Eng 5, 77 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00659-8

Parole chiave: wireless terahertz, microcomb di solitoni, trasmettitore fotonico, backhaul 6G, link ad alta velocità