Будущее
Gary Fowler

Квантовое туннелирование и его влияние на беспроводную связь

Мир квантовой механики для обывателей кажется таким туманным, особенно когда дело касается обычных повседневных вещей.

Однако, среди исключений можно назвать квантовое туннелирование.

Большинство верит в то, что проникновение сквозь непреодолимые барьеры, по сути, невозможно. Но именно здесь квантовое туннелирование идет вопреки всем убеждениям. Это явление означает, что частицы буквально туннелируют через энергетические барьеры, кажущиеся нерушимыми.

Туннелирование рассматривается через призму вероятности - частицы сравниваются с колеблющейся волной, таким образом, при столкновении с препятствием они не прерываются и не останавливаются. Вместо этого волна продолжает колебаться и внутри барьера, делая «туннелирование» просто вероятностью обнаружения частицы на противоположной стороне препятствия.

Теперь важно понять влияние таких технологических достижений в более широком масштабе.

Недавно ученые из МФТИ (Московского физико-технического института), Московского педагогического государственного университета и Манчестерского университета создали высокочувствительный детектор терагерцового излучения на основе квантово-механического туннельного эффекта в графене. Это открытие, по сути, позволяет превзойти возможности сетей 5G и отойти от традиционных полупроводников и сверхпроводников, используемых для передачи связи. Этот детектор открыл новые возможности в беспроводной связи, системах безопасности, радиоастрономии и медицинской диагностике.

Традиционно информация передается по беспроводным сетям с помощью высокочастотных электромагнитных волн в форме дискретной последовательности битов - метод, также известный как модуляция сигнала. Чтобы увеличить скорость передачи битов, необходимо изменить частоту модуляции, а также увеличить несущую частоту. Чтобы лучше понять, как различные типы информации передаются по беспроводной сети, вот несколько примеров частот, на которых происходит связь: FM-радио обычно передает на частоте сто мегагерц, приемник Wi-Fi обычно передает на частоте около пяти гигагерц, мобильные сети 5G могут передавать сигналы до 20 гигагерц.

Чем выше несущая частота, тем больше данных можно передать, но выход за пределы сотни гигагерц по частоте для передачи является реальной проблемой, с которой мы сталкиваемся сегодня. Причина в том, что существующие системы отправки и получения информации устарели. Широко используемые элементы этого процесса состоят из усилителей и демодуляторов на основе транзисторов, которые усиливают слабые сигналы, корректируя битовые последовательности сигнала. Эта система плохо подходит для эпохи мобильных технологий как основного вида связи, когда требуется передача сотен гигагерц. Системы просто недостаточно быстрые и мощные.

Вот тут и появляется квантовое туннелирование.

Новое решение дает возможность полностью исключить усиление и модуляцию как отдельные шаги в процессе передачи. Для этого используется один транзистор или туннельный транзистор с единственной миссией - преобразовывать модулированный сигнал в битовую последовательность.

Высокая чувствительность туннельного транзистора очень быстро и эффективно определяет сигнал терагерцового диапазона. Другими словами, независимо от того, насколько низка частота, этот новый транзистор легко улавливает сигнал из-за высокого уровня чувствительности. Транзистор состоит из двух слоев графена - материала, в котором положение уровней энергии легко регулируется с помощью электрического напряжения.

Хотя это только начало, но оно уже предвещает множество изменений в телекоммуникационной отрасли и беспроводной связи.

Новые возможности быстрой передачи больших объемов данных повлияют на предприятия и бизнесы в больших масштабах.

Благодаря более широким возможностям передачи данных, компании смогут практически мгновенно оптимизировать внутренние и внешние операции, увеличивая скорость передачи данных и повышая эффективность повседневной работы. По мере того, как все больше компаний переходят на цифровые технологии и увеличивают объемы данных, которые они хранят, станет возможным хранить, анализировать и подключаться к этим хранилищам информации за считанные секунды, не говоря уже о передаче их на расстоянии. Также появится возможность расширить сеть внутренних устройств и, таким образом, увеличить общую мощность технической инфраструктуры компании. Во все более дистанционном мире компании будут максимизировать свою производительность за счет более эффективного внутреннего взаимодействия между сотрудниками и устройствами, находящихся на больших расстояниях.

Другими словами, хотя квантовое туннелирование все еще находится в стадии разработки и исследований, оно дает импульс к серьезному шагу вперед, в будущее с более быстрыми и эффективными технологиями, которые порой изменяют наши обыденные представления о работе разных отраслей, в данном случае - телекоммуникационной.

{ "author_name": "Gary Fowler", "author_type": "self", "tags": [], "comments": 2, "likes": 2, "favorites": 8, "is_advertisement": false, "subsite_label": "future", "id": 213311, "is_wide": false, "is_ugc": true, "date": "Thu, 25 Feb 2021 13:02:07 +0300", "is_special": false }
0
2 комментария
Популярные
По порядку
1

Месяц тому назад зарегистрировался на VC.RU и правильно сделал. Долгое время не было возможности следить за сегодняшними достижениями во всех сферах науки. То что происходит сегодня для меня из сферы фантастики. Я инженер - самолёта строитель. В институте проходили и элтехнику. Более менее знакома принцип работы транзисторов, но такое как этот туннельный транзистор вызывает у меня удивление. Наверное знаете , что частоту можно реализовать в материю. Уже третий раз прочитал статью и сделал заключение: эту технологию можно использовать для передачи не только электромагнитных волн, но и для переброски матеряльных вещей. Может чересчур фантазирую, но ведь все достижения строятся на базе фантастики. Как говорят - дело техники. 
 Автору статьи огромное спасибо. У вас лёгкая рука, как у французских писателей. 

Ответить
0

Спасибо

Ответить

Комментарии

null