JNCASR శాస్త్రవేత్తలు సిలికాన్ చిప్‌పై ఇంజనీరింగ్ చేసిన అడ్డంకి గుండా టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను 1 నుంచి 3 శాతం నష్టంతో పంపి, సెకనుకు 100 Gbit వరకు డేటాను మోశారు, ఇది 6G సర్క్యూట్ల వైపు ఒక అడుగు

బెంగళూరులోని జవహర్‌లాల్ నెహ్రూ సెంటర్ ఫర్ అడ్వాన్స్‌డ్ సైంటిఫిక్ రీసెర్చ్ (JNCASR) పరిశోధకులు ఒక సిలికాన్ చిప్‌ను నిర్మించారు. దానిపై టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు ఉద్దేశపూర్వకంగా ఉంచిన అడ్డంకిని సుమారు 1 నుంచి 2 శాతం నష్టంతో దాటుతాయి. వరుసగా రెండో అడ్డంకి ఉంటే నష్టం సుమారు 2 నుంచి 3 శాతం అవుతుంది. మూడు పరీక్ష పరికరాల్లో ఒకటైన, ఒక శాఖలో అడ్డంకి ఉన్న పవర్ స్ప్లిటర్‌లో చిప్ సెకనుకు 100 గిగాబిట్ల వేగంతో డేటాను మోసింది. JNCASR విజ్ఞాన, సాంకేతిక విభాగం (DST) కింద స్వయంప్రతిపత్తితో పనిచేసే సంస్థ; ఆ విభాగం 2026 నవంబర్ 4న పత్రికా సమాచార కార్యాలయం (PIB) ద్వారా ఈ ఫలితాన్ని ప్రకటించింది. ఈ పని అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ జర్నల్‌లో ప్రచురితమైంది.

ఈ చిప్ ఏం చేస్తుంది

టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు వర్ణపటంలో మైక్రోవేవ్‌లకు, పరారుణ కాంతికి మధ్య ఉంటాయి. విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్ ఇస్తాయి కాబట్టి భవిష్యత్ ఆరో తరం (6G) వైర్‌లెస్ నెట్‌వర్క్‌లు ఈ ఫ్రీక్వెన్సీలను వాడతాయని ఆశిస్తున్నట్లు PIB విడుదల చెబుతోంది. అయితే అలాంటి తరంగాలను చిన్న సర్క్యూట్‌లో నడిపించడమే కష్టమైన భాగం: వేవ్‌గైడ్‌లో (తరంగాన్ని నడిపే మార్గం) వంపులు, కూడళ్లు, ఆకస్మిక మార్పులు సంకేతంలో కొంత భాగాన్ని చెదరగొడతాయి లేదా వెనక్కి పరావర్తనం చేస్తాయి.

ఈ బృందం పరిశోధన పేజీ కూడా ఇదే సమస్యను వివరిస్తూ, చిప్‌పై టెరాహెర్ట్జ్ పరికరాలకు అడ్డంకి పదునైన వంపుల వద్ద లేదా లోపాల వద్ద పరావర్తన, చెదరిక నష్టాలని పేర్కొంటుంది. బృందం సమాధానం టోపోలాజికల్ ఫొటోనిక్స్. ఇది ఆప్టిక్స్‌లో ఒక శాఖ; భిన్నంగా నిర్మించిన రెండు ప్రాంతాల సరిహద్దు వెంట ప్రయాణించే తరంగం కొన్ని రకాల వెనుకకు చెదరడాన్ని తట్టుకుంటుంది.

త్రిభుజాకార రంధ్రాలు, జ్యామితితో చేసిన అడ్డంకి

బృందం సిలికాన్ పలకపై త్రిభుజాకార రంధ్రాలను, గ్రాఫీన్ తేనెతుట్టె జాలకాన్ని పోలిన నమూనాలో చెక్కింది. రంధ్రాల పరిమాణం కొద్దిగా భిన్నంగా ఉన్న రెండు ప్రాంతాలు ఒక సరిహద్దు వెంట కలుస్తాయి, టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు ఆ సరిహద్దు వెంట ప్రయాణిస్తాయి. తర్వాత పరిశోధకులు వేవ్‌గైడ్‌లోని ఒక చిన్న భాగంలో రంధ్రాల పరిమాణాలను మార్చి అడ్డంకిని సృష్టించారు.

టోపోలాజికల్ కాని సంప్రదాయ వేవ్‌గైడ్‌లో ఇలాంటి అడ్డంకి ప్రసారాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుందని PIB విడుదల చెబుతోంది. JNCASR చిప్‌లో అడ్డంకి బలం క్రిస్టల్‌కు ఉండే ఒక లక్షణ కప్లింగ్ బలం కంటే తక్కువగా ఉన్నంత వరకు ప్రసారం అడ్డంకి లేనప్పటి స్థాయికి దగ్గరగానే ఉంది. అడ్డంకిని పూర్తిగా రంధ్రాల జ్యామితే నిర్ణయిస్తుంది కాబట్టి దీన్ని ఆచరణాత్మక డిజైన్ నియమంగా విడుదల పేర్కొంటోంది.

దీని వెనుక ఉన్న ప్రభావాన్ని విడుదల ఒక చిత్ర వివరణలో ఫొటోనిక్ క్లైన్ టన్నెలింగ్ అని పేరు పెట్టింది. క్లైన్ పారడాక్స్ అంటే సాపేక్షతా కణాలు ఎత్తైన అడ్డంకుల గుండా పూర్తిగా దాటిపోవడమని భౌతిక శాస్త్రవేత్తలకు తెలుసు; ఫిజికల్ రివ్యూ లెటర్స్‌లో 2022లో వచ్చిన ఒక పత్రం దీనిని గ్రాఫీన్ అసాధారణ వాహక లక్షణాలకు కారణమని వర్ణిస్తుంది. ఫొటోనిక్ టోపోలాజికల్ ఇన్సులేటర్లలో కాంతికి ఏకదిశా క్లైన్ టన్నెలింగ్‌ను 2017 ప్రీప్రింట్ ఇప్పటికే వర్ణించింది; ఫిజికల్ రివ్యూ లెటర్స్ పత్రం చిప్‌కు బదులు పరమాణువుల ఆవిరిని వాడి, రెండు పరిమాణాల ఫొటోనిక్ వ్యవస్థలో పరిపూర్ణ క్లైన్ ప్రసారాన్ని నివేదించింది.

మూడు పరికరాలు, మూడు డేటా రేట్లు

మూడు పరికరాలనూ అధిక నిరోధకత గల సిలికాన్‌పై తయారు చేశారు; అది స్థిరపడిన సెమీకండక్టర్ తయారీకి అనుకూలమని విడుదల వర్ణిస్తుంది. 310 నుంచి 360 GHz మధ్య కొలతలు సిమ్యులేషన్‌లతో దగ్గరగా సరిపోయాయి. విడుదల ప్రకారం:

• వరుసగా రెండు అడ్డంకులు: హై-స్పీడ్ డేటా పరీక్షలో 48 Gbit/s.
• నాలుగు పదునైన వంపులు, మధ్యలో ఒక అడ్డంకి ఉన్న ఒమేగా ఆకారపు మార్గం: 60 Gbit/s.
• రెండు శాఖల్లో ఒకదానిలో అడ్డంకి ఉన్న పవర్ స్ప్లిటర్: QAM-32 మాడ్యులేషన్‌తో 100 Gbit/s; ఇది సంకేతపు ఆమ్ప్లిట్యూడ్‌లో, ఫేజ్‌లో సమాచారాన్ని ఎన్‌కోడ్ చేసే పద్ధతి.

స్ప్లిటర్‌లో రెండు అవుట్‌పుట్ సంకేతాలు దాదాపు ఒకేలా ఉన్నాయి; అడ్డంకి ప్రసారంపై తక్కువ ప్రభావం చూపిందనడానికి ఇది నిదర్శనమని విడుదల భావిస్తోంది. 100 Gbit/s వేగంతో 5 గిగాబైట్ల హై-డెఫినిషన్ సినిమాను సిద్ధాంతపరంగా అర సెకను కంటే తక్కువ సమయంలో బదిలీ చేయవచ్చని విడుదల జతచేస్తోంది.

దీని వెనుక ఉన్న ప్రయోగశాల

ఈ అధ్యయనానికి JNCASR అసిస్టెంట్ ప్రొఫెసర్, అక్కడి మెటా ఆప్టిక్స్ ప్రయోగశాల అధిపతి డాక్టర్ అభిషేక్ కుమార్ నాయకత్వం వహించారు. JNCASRకు చెందిన సమీనా ముల్లా, సంగ్రామ్ కుమార్ సాధు సంయుక్త ప్రథమ రచయితలు. విడుదల పేర్కొన్న సహకారులు IISER కోల్‌కతా, IIT బాంబే, సింగపూర్‌లోని A*STAR ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్, ఫ్రాన్స్‌లోని యూనివర్సిటీ ఆఫ్ లిల్, CNRS నుంచి వచ్చారు; JNCASRకు చెందిన ఇతర పరిశోధకులూ ఉన్నారు.

కుమార్ JNCASR ప్రొఫైల్ ప్రకారం ఆయన 2016లో IISER కోల్‌కతాలో ఇంటిగ్రేటెడ్ BS-MS పూర్తి చేశారు, 2020లో సింగపూర్‌లోని నాన్యాంగ్ టెక్నలాజికల్ యూనివర్సిటీలో ఫిజిక్స్ అండ్ అప్లైడ్ ఫిజిక్స్‌లో పీహెచ్‌డీ తీసుకున్నారు, సింగపూర్‌లోని సెంటర్ ఫర్ డిస్రప్టివ్ ఫొటోనిక్ టెక్నాలజీస్‌లో 6G పరికరాల కోసం సిలికాన్ టోపోలాజికల్ టెరాహెర్ట్జ్ ఫొటోనిక్స్‌పై పోస్ట్‌డాక్టరల్ పని చేశారు. ఆయన 2023 ఆగస్టులో JNCASRలో చేరారు.

కొత్త చిప్ సిలికాన్ టెరాహెర్ట్జ్ పరిశోధనల వరుసలో వచ్చింది. 2019లో యిహావో యాంగ్, రంజన్ సింగ్ సహా ఏడుగురు సహ రచయితలు ఇచ్చిన ప్రీప్రింట్, పూర్తిగా సిలికాన్‌తో చేసిన చిప్‌లపై వ్యాలీ-ధ్రువిత టోపోలాజికల్ రవాణాను నివేదించింది; పది పదునైన మలుపుల గుండా పూర్తి ప్రసారం, మెలితిరిగిన డొమైన్ గోడ గుండా 10 Gbit/s వద్ద దోషరహిత సమాచార ప్రసారం సాధించారు. 2022లో నేచర్ కమ్యూనికేషన్స్‌లో వచ్చిన పత్రానికి కుమార్ మొదటి రచయిత; అందులో ఒకే చానల్‌తో 160 Gbit/s లింక్, సిలికాన్ డీమల్టిప్లెక్సర్ నివేదించారు, 40 Gbit/s సంకేతాలను వేరు చేసి, కుదింపు లేని హై-డెఫినిషన్ వీడియోను రియల్ టైమ్‌లో స్ట్రీమ్ చేశారు. ఆ పత్రంలో భాగస్వామి అయిన యూనివర్సిటీ ఆఫ్ లిల్ PhLAM ప్రయోగశాల, వెబ్ ఆఫ్ సైన్స్ దానిని హాట్ పేపర్‌గా జాబితా చేసిందని, భౌతికశాస్త్ర పత్రాల్లో అగ్ర 0.1 శాతంలో ఉల్లేఖితమైందని పేర్కొంది. టోపోలాజికల్ వేవ్‌గైడ్లలో స్లో లైట్‌పై 2024లో వచ్చిన నేచర్ కమ్యూనికేషన్స్ పత్రానికి కూడా కుమార్ మొదటి రచయిత.

6G ఎక్కడ ఉంది, బృందం తర్వాత ఏం చేయాలనుకుంటోంది

అంతర్జాతీయ టెలికమ్యూనికేషన్ యూనియన్ తదుపరి తరాన్ని IMT-2030 అంటుంది. దాని రేడియోకమ్యూనికేషన్ అధ్యయన బృందం 100 GHz పైబడిన బ్యాండ్లలో మొబైల్ సాంకేతికత సాంకేతిక సాధ్యతపై 2024 మేలో ఒక నివేదిక ప్రచురించింది; 2026 నవంబర్ 6 నాటికి దాని పేజీ ప్రకారం అభ్యర్థి రేడియో సాంకేతికతల ప్రతిపాదనలను 2027 ఫిబ్రవరి నుంచి 2029 ఫిబ్రవరి వరకు స్వీకరిస్తారు. JNCASR కొలతలు జరిగిన 310 నుంచి 360 GHz, ITU నివేదిక పరిధిలోని 100 GHz పైబడిన శ్రేణిలో ఉంది. తన కనీస అవసరాలు వాస్తవ ప్రపంచ విస్తరణలో హామీ ఇచ్చిన పనితీరును సూచించవని కూడా ITU చెబుతోంది.

JNCASR ఫలితం చిప్‌లపై సర్క్యూట్ భాగాల ప్రయోగశాల ప్రదర్శన, నెట్‌వర్క్ కాదు. భారత్ సొంత 6G పని, 2026 అక్టోబర్‌లో ఇండియా మొబైల్ కాంగ్రెస్లో భారత్ 6G అలయన్స్ నిర్వహించిన సింపోజియం సహా, నెట్‌వర్క్‌లను, ప్రమాణాలను కవర్ చేస్తుంది. ఆ ప్రయత్నంలో ఈ చిప్ భాగాల వైపున ఉంది; సిలికాన్ స్థిరపడిన చిప్ తయారీకి సరిపోతుందన్న విడుదల మాట, దీనిని భారత సెమీకండక్టర్ ఫ్యాబ్ పోటీలో వివరించిన ప్లాంట్లతో కలుపుతుంది. కొలిచిన నష్టాలు, డేటా రేట్లు వేరే చోట పునరావృతమయ్యాయో లేదో విడుదల చెప్పడం లేదు.

బృందం తదుపరి అడుగు, విడుదల ప్రకారం, అడ్డంకులను విద్యుత్తు, ఉష్ణం లేదా యాంత్రిక పద్ధతుల్లో ట్యూన్ చేయడం; దీనివల్ల ఒకే పరికరం అవసరమైనప్పుడు సంకేతాలను మార్గాల మధ్య మళ్లించగలదు. రంధ్రాల జ్యామితిని మార్చడం ద్వారా మాత్రమే చేసిన అడ్డంకిని సెకనుకు 100 గిగాబిట్ల వద్ద దాటడం, ఈ ప్రభావం టెరాహెర్ట్జ్ చిప్‌లకు ఉపయోగకరమైన డిజైన్ సాధనం కాగలదని సూచిస్తోందని కుమార్ విడుదలలో చెప్పినట్లు ఉటంకించారు.