জেএনসিএএসআরের বিজ্ঞানীরা সিলিকন চিপে তৈরি করা বাধার ভেতর দিয়ে ১ থেকে ৩ শতাংশ ক্ষয়ে টেরাহার্টজ তরঙ্গ পার করিয়েছেন আর ডেটা পাঠিয়েছেন সর্বোচ্চ ১০০ গিগাবিট/সেকেন্ডে, ৬জি সার্কিটের দিকে এক ধাপ

বেঙ্গালুরুর জওহরলাল নেহরু সেন্টার ফর অ্যাডভান্সড সায়েন্টিফিক রিসার্চের (জেএনসিএএসআর) গবেষকেরা এমন একটি সিলিকন চিপ বানিয়েছেন, যেখানে টেরাহার্টজ তরঙ্গ ইচ্ছে করে বসানো একটি বাধা পেরোয় প্রায় ১ থেকে ২ শতাংশ ক্ষয়ে। পরপর দ্বিতীয় একটি বাধা বসালে ক্ষয় দাঁড়ায় প্রায় ২ থেকে ৩ শতাংশে। তিনটি পরীক্ষামূলক ডিভাইসের একটিতে, যেটি একটি পাওয়ার স্প্লিটার আর যার এক শাখায় বাধা আছে, চিপটি ডেটা বহন করেছে প্রতি সেকেন্ডে ১০০ গিগাবিট গতিতে। জেএনসিএএসআর বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি বিভাগের (ডিএসটি) অধীন একটি স্বশাসিত প্রতিষ্ঠান, আর ডিএসটি ২০২৬ সালের ৪ নভেম্বর প্রেস ইনফরমেশন ব্যুরোর (পিআইবি) মাধ্যমে ফলাফলটি জানিয়েছে। কাজটি অ্যাডভান্সড ম্যাটেরিয়ালস জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে।

চিপটি কী করে

টেরাহার্টজ তরঙ্গ বর্ণালিতে মাইক্রোওয়েভ আর অবলোহিত আলোর মাঝখানে থাকে। পিআইবির বিবৃতি বলছে, ভবিষ্যতের ষষ্ঠ প্রজন্মের (৬জি) বেতার নেটওয়ার্ক এই কম্পাঙ্ক ব্যবহার করবে বলে ধারণা করা হয়, কারণ এতে ব্যান্ডউইডথ বিশাল। কঠিন কাজটা হলো এমন তরঙ্গকে ছোট সার্কিটের ভেতর দিয়ে ঘুরিয়ে নেওয়া: ওয়েভগাইডের (যে নালা তরঙ্গকে পথ দেখায়) বাঁক, সংযোগস্থল আর হঠাৎ বদল সংকেতের একাংশকে ছড়িয়ে দেয় বা ফিরিয়ে দেয়।

গবেষক দলের নিজস্ব জেএনসিএএসআর গবেষণা পাতাতেও একই সমস্যার কথা আছে: চিপের ওপর টেরাহার্টজ ডিভাইসের পথে বাধা হলো তীক্ষ্ণ বাঁক বা ত্রুটিতে প্রতিফলন ও বিক্ষেপণজনিত ক্ষয়। দলের উত্তর টপোলজিক্যাল ফোটোনিক্স, আলোকবিজ্ঞানের এমন একটি শাখা যেখানে ভিন্নভাবে গড়া দুটি অঞ্চলের সীমানা ধরে চলা তরঙ্গ কিছু ধরনের পশ্চাৎবিক্ষেপণ ঠেকিয়ে দেয়।

ত্রিকোণ ছিদ্র আর জ্যামিতিতে গড়া বাধা

দলটি সিলিকনের একটি পাতে ত্রিকোণ ছিদ্র খোদাই করেছে গ্রাফিনের মৌচাক-জালির আদলে সাজিয়ে। ছিদ্রের মাপ সামান্য আলাদা এমন দুটি অঞ্চল একটি সীমানায় মিলেছে, আর টেরাহার্টজ তরঙ্গ সেই সীমানা ধরে চলে। এরপর গবেষকেরা ওয়েভগাইডের ছোট একটি অংশে ছিদ্রের মাপ বদলে বাধাটি তৈরি করেছেন।

টপোলজিক্যাল নয় এমন প্রচলিত ওয়েভগাইডে তুলনীয় একটি বাধা সংকেত পারাপার উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়, পিআইবির বিবৃতি বলছে। জেএনসিএএসআরের চিপে বাধার জোর ক্রিস্টালের বিশেষ একটি কাপলিং মানের নিচে থাকলে সংকেত পারাপার বাধাহীন অবস্থার কাছাকাছিই থেকেছে। বাধাটি পুরোপুরি ছিদ্রের জ্যামিতি দিয়ে ঠিক করা হয় বলে বিবৃতিটি একে ব্যবহারিক নকশা-নিয়ম বলেছে।

বিবৃতিতে একটি চিত্রের ক্যাপশনে এর পেছনের প্রভাবকে ফোটোনিক ক্লাইন টানেলিং নাম দেওয়া হয়েছে। পদার্থবিদেরা ক্লাইন প্যারাডক্সকে চেনেন আপেক্ষিকতাবাদী কণার উঁচু বাধা নিখুঁতভাবে পেরোনো হিসেবে, আর ফিজিক্যাল রিভিউ লেটার্সের ২০২২ সালের একটি গবেষণাপত্র একে গ্রাফিনের অসাধারণ পরিবাহিতার কারণ বলে বর্ণনা করেছে। ২০১৭ সালের একটি প্রিপ্রিন্টে ফোটোনিক টপোলজিক্যাল ইনসুলেটরে আলোর জন্য একমুখী ক্লাইন টানেলিংয়ের কথা আগেই বলা হয়েছিল, আর ফিজিক্যাল রিভিউ লেটার্সের গবেষণাপত্রটি দ্বিমাত্রিক একটি ফোটোনিক ব্যবস্থায় নিখুঁত ক্লাইন সংকেত পারাপারের খবর দিয়েছিল, যেখানে চিপের বদলে ব্যবহার হয়েছিল পরমাণুর বাষ্প।

তিনটি ডিভাইস, তিনটি ডেটা গতি

তিনটি ডিভাইসই বানানো হয়েছে উচ্চ রোধাঙ্কের সিলিকনে, যাকে বিবৃতি বলছে প্রতিষ্ঠিত সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনের সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ। ৩১০ থেকে ৩৬০ গিগাহার্টজ জুড়ে মাপা ফল সিমুলেশনের সঙ্গে ঘনিষ্ঠভাবে মিলেছে। বিবৃতি অনুযায়ী:

• পরপর দুটি বাধা: উচ্চগতির ডেটা পরীক্ষায় ৪৮ গিগাবিট/সেকেন্ড।
• চারটি তীক্ষ্ণ বাঁক আর মাঝখানে একটি বাধাসহ ওমেগা-আকৃতির পথ: ৬০ গিগাবিট/সেকেন্ড।
• দুই শাখার একটিতে বাধাসহ পাওয়ার স্প্লিটার: কিউএএম-৩২ মডুলেশনে ১০০ গিগাবিট/সেকেন্ড, এটি এমন এক পদ্ধতি যা সংকেতের বিস্তার ও দশায় তথ্য এনকোড করে।

স্প্লিটারে দুটি আউটপুট সংকেত প্রায় অভিন্ন ছিল, যা থেকে বিবৃতি পড়েছে যে বাধাটি সংকেত পারাপারে সামান্যই প্রভাব ফেলেছে। বিবৃতি আরও বলছে, ১০০ গিগাবিট/সেকেন্ডে ৫ গিগাবাইটের একটি হাই-ডেফিনিশন সিনেমা নীতিগতভাবে আধ সেকেন্ডেরও কমে পাঠানো সম্ভব।

এর পেছনের ল্যাব

গবেষণাটির নেতৃত্বে ছিলেন জেএনসিএএসআরের সহকারী অধ্যাপক ডঃ অভিষেক কুমার, যিনি সেখানকার মেটা অপটিক্স ল্যাবরেটরির প্রধান। সামিনা মুল্লা আর সংগ্রাম কুমার সাধু, দুজনেই জেএনসিএএসআরের, যুগ্ম প্রথম লেখক। বিবৃতিতে নাম থাকা সহযোগীরা এসেছেন আইআইএসইআর কলকাতা, আইআইটি বম্বে, সিঙ্গাপুরের এ-স্টারের ইনস্টিটিউট অব মাইক্রোইলেকট্রনিক্স এবং ফ্রান্সের ইউনিভার্সিটি অব লিল ও সিএনআরএস থেকে, সঙ্গে জেএনসিএএসআরের আরও কয়েকজন গবেষক।

কুমারের জেএনসিএএসআর প্রোফাইল বলছে, তিনি ২০১৬ সালে আইআইএসইআর কলকাতায় ইন্টিগ্রেটেড বিএস-এমএস শেষ করেন, ২০২০ সালে সিঙ্গাপুরের ন্যানইয়াং টেকনোলজিক্যাল ইউনিভার্সিটি থেকে পদার্থবিদ্যা ও ফলিত পদার্থবিদ্যায় পিএইচডি করেন, আর সিঙ্গাপুরের সেন্টার ফর ডিসরাপটিভ ফোটোনিক টেকনোলজিসে ৬জি ডিভাইসের জন্য সিলিকন টপোলজিক্যাল টেরাহার্টজ ফোটোনিক্স নিয়ে পোস্টডক্টরাল কাজ করেন। তিনি ২০২৩ সালের আগস্টে জেএনসিএএসআরে যোগ দেন।

নতুন চিপটি সিলিকনে টেরাহার্টজ কাজের একটি ধারার পরের ধাপ। ২০১৯ সালের একটি প্রিপ্রিন্টে ইহাও ইয়াং আর তাঁর সাতজন সহলেখক, যাঁদের মধ্যে ছিলেন রঞ্জন সিংহ, সম্পূর্ণ সিলিকনের চিপে ভ্যালি-পোলারাইজড টপোলজিক্যাল পরিবহনের কথা জানান, যেখানে দশটি তীক্ষ্ণ কোণ পেরিয়ে পূর্ণ সংকেত পারাপার হয়েছিল আর একটি পাকানো ডোমেইন ওয়ালের ভেতর দিয়ে ১০ গিগাবিট/সেকেন্ডে ত্রুটিহীন যোগাযোগ হয়েছিল। ২০২২ সালে নেচার কমিউনিকেশনসে কুমার প্রথম লেখক হয়ে একটি গবেষণাপত্রে একক চ্যানেলে ১৬০ গিগাবিট/সেকেন্ডের সংযোগ আর একটি সিলিকন ডিমাল্টিপ্লেক্সারের কথা জানান, যেখানে ৪০ গিগাবিট/সেকেন্ডের সংকেত আলাদা করা হয়েছিল আর সংকোচনহীন হাই-ডেফিনিশন ভিডিও রিয়েল টাইমে স্ট্রিম হয়েছিল। ওই গবেষণাপত্রের সহযোগী ইউনিভার্সিটি অব লিলের ফ্যামলাম (PhLAM) ল্যাবরেটরি জানায়, ওয়েব অব সায়েন্স একে হট পেপার হিসেবে তালিকাভুক্ত করেছে, যা পদার্থবিদ্যার গবেষণাপত্রগুলোর মধ্যে সর্বোচ্চ ০.১ শতাংশের ভেতরে উদ্ধৃত। ২০২৪ সালে নেচার কমিউনিকেশনসে টপোলজিক্যাল ওয়েভগাইডে স্লো লাইট নিয়ে একটি গবেষণাপত্রেরও প্রথম লেখক ছিলেন কুমার।

৬জি এখন কোথায়, আর দলের পরের পরিকল্পনা

আন্তর্জাতিক টেলিযোগাযোগ ইউনিয়ন পরের প্রজন্মকে বলে আইএমটি-২০৩০। এর রেডিওকমিউনিকেশন স্টাডি গ্রুপ ২০২৪ সালের মে মাসে ১০০ গিগাহার্টজের ওপরের ব্যান্ডে মোবাইল প্রযুক্তির কারিগরি সম্ভাব্যতা নিয়ে একটি প্রতিবেদন প্রকাশ করে, আর ২০২৬ সালের ৬ নভেম্বর অনুযায়ী এর পাতা বলছে প্রার্থী রেডিও প্রযুক্তির প্রস্তাব নেওয়া হবে ২০২৭ সালের ফেব্রুয়ারি থেকে ২০২৯ সালের ফেব্রুয়ারি পর্যন্ত। জেএনসিএএসআরের ৩১০ থেকে ৩৬০ গিগাহার্টজের মাপ আইটিইউ প্রতিবেদনের আওতাধীন ১০০ গিগাহার্টজের ওপরের পরিসরেই পড়ে। আইটিইউ এও বলে যে তাদের ন্যূনতম চাহিদা বাস্তব ব্যবহারে নিশ্চিত কর্মক্ষমতার প্রতিনিধিত্ব করে না।

জেএনসিএএসআরের ফলাফলটি চিপের ওপর সার্কিটের উপাদানের ল্যাবরেটরি প্রদর্শন, কোনও নেটওয়ার্ক নয়। ভারতের নিজস্ব ৬জি কাজ, ভারত ৬জি অ্যালায়েন্সের ২০২৬ সালের অক্টোবরের ইন্ডিয়া মোবাইল কংগ্রেসের সিম্পোজিয়াম-সহ, নেটওয়ার্ক আর মান নিয়ে। চিপটি সেই প্রচেষ্টার উপাদান-প্রান্তে বসে, আর সিলিকন প্রতিষ্ঠিত চিপ উৎপাদনের উপযোগী, বিবৃতির এই কথাটি একে জুড়ে দেয় ভারতের সেমিকন্ডাক্টর ফ্যাব প্রতিযোগিতায় বর্ণিত কারখানাগুলোর সঙ্গে। মাপা ক্ষয় আর ডেটা গতি অন্য কোথাও পুনরাবৃত্তি করা গেছে কি না, বিবৃতি তা বলে না।

দলের পরের ধাপ, বিবৃতি অনুযায়ী, বাধাগুলো বৈদ্যুতিক, তাপীয় বা যান্ত্রিকভাবে টিউন করা, যাতে একটি ডিভাইসই চাহিদামতো সংকেতকে এক পথ থেকে অন্য পথে ঘুরিয়ে দিতে পারে। বিবৃতিতে কুমারের উদ্ধৃতি আছে: শুধু ছিদ্রের জ্যামিতি বদলে বানানো বাধা প্রতি সেকেন্ডে ১০০ গিগাবিট গতিতে পেরোনো দেখায় যে এই প্রভাব টেরাহার্টজ চিপের একটি কাজের নকশা-হাতিয়ার হয়ে উঠতে পারে।