新材料让太赫兹波以万亿比特/秒传输数据 可提升自动驾驶决策效率

盖世汽车讯 据外媒报道，一项新研究发现，称为光子拓补绝缘体的新材料能够让太赫兹波以万亿比特的速度，在芯片间传输数据。太赫兹波在电磁波谱上，介于光波与微波之间，频率在0.1THz到10THz之间，是未来实现6G无线网络的关键，进而可让工程师们以兆瓦（万亿比特）/秒的速度传输数据。

（图片来源：南洋理工大学）

数据连接速度如此之快将大大改进芯片内以及芯片间的通信，从而为人工智能（AI）技术以及自动驾驶等基于云的技术提供支持。

新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University）光子学研究员Ranjan Singh表示：“人工智能和基于云的应用需要超高速且低延迟地将大量数据传输至一个网联设备上。以自动驾驶车辆为例，此类车辆利用AI做决策，为了提高决策效率，AI传感器需要超高速地从相邻车辆接收数据，以实时执行决策。”

传统的太赫兹波导易造成缺陷，在信号急弯处易造成相当大的信号损耗。现在，研究人员们发现拓补光子学可能有助于解决此类问题。

拓补学是数学的分支，研究物体形状的哪些特征不会变形。例如，甜甜圈状的物体经过推拉可变成杯子形状，而甜甜圈上的洞能够变成杯子柄上的洞。但如果不把甜甜圈撕碎，就不会变形成没有洞的物体形状。

利用拓补学知识，研究人员在2007年研发了首个电子拓补绝缘体，沿着此类材料边缘或表面移动的电子能够阻挡任何阻碍其流动的干扰，就像甜甜圈能够阻挡任何可能会移除中间的洞的变形。

最近，科学家们设计了一种光子拓补绝缘体，让光的光子也能够得到“拓补保护”。此类材料在结构中会有规则地变化，导致特定波长的光能够在内部，甚至在角落和缺陷周围流动，不会散射或损失。

此前对于光子拓补绝缘体的研究主要集中在微波和光学频率上，而研究人员此次表示，首次通过实验实现了对太赫兹波的拓补保护。

（图片来源：南洋理工大学）

科学家们打造了一块190微米厚、8*26毫米的硅芯片，并在上面钻了几排三角形的孔，大小约为84.9微米至157.6微米，较小的三角形与较大的三角形指向相反的方向。几排孔都成簇排列，较大的三角形要么朝上，要么朝下，射入该芯片的光沿着不同孔组之间的界面受到拓补保护。

（图片来源：南洋理工大学）

在实验中，研究人员发现太赫兹波可以平稳地传播，几乎没有损耗，即使是在约10个尖角（三角形，包括5个120度尖角以及各60度尖角）附近传播，而且用0.335频率的太赫兹波实现了11千兆比特/秒的数据传输速率，比特误差率低于1000亿分之一。此外，研究人员还展示，通过芯片以6千兆比特/秒的传输速度，在10个尖角之间实时传输了未经压缩的4K高清视频。

此前的研究利用太赫兹波和光子晶体（该结构的特点是处理的光的波长要小于本应处理的波长），数据传输速率达到1.5千兆比特/秒。而新研究中研发的光子拓补绝缘体不仅显示出更高的数据传输速率，传统光子晶体在尖角处的信号损耗也很大，但新材料的损耗却可以忽略不计。

研究人员们还指出，有很多方法可以提升数据传输速率，达到千兆比特/秒，如采用更高的频率、更多的带宽以及更复杂的数据编码方案。