トポロジカルフォトニクス：6GからXGのマルチリンクテラヘルツ無線に向けたオンチップのトポロジカルビームフォーマー
Nature 632, 8025 doi: 10.1038/s41586-024-07759-5
テラヘルツ（THz）無線通信は、大容量、低レイテンシー、広範な接続性により、将来の6GからXGのネットワークに革命をもたらす計り知れない可能性がある。効率的なTHzビームフォーマーは、エネルギー効率の高い接続、パスロスの補償、リソース使用の最適化、スペクトル効率の向上に不可欠である。しかし、現在のビームフォーマーは、顕著な損失、限られた帯域幅、制約された空間カバレッジ、オンチップTHz回路との一体性の乏しさなど、いくつかの難題に直面している。今回我々は、184個の高密度に充填されたバレー同期導波路、54個のパワースプリッター、136個の鋭い屈曲部を特徴とする、導波路フェーズドアレイの導波、分割、完全分離に対しバレー渦を用いるオンチップ広帯域THzトポロジカルビームフォーマーを提示する。このビームフォーマーは、ニューラルネットワークに支援された逆設計を活用して、最高20 dBiの利得で完全な360°の方位角ビームフォーミングを実現し、個別に最適化可能なユーザー定義ビームでTHz信号を自由空間に放射する。全シリコンのビームフォーマーを光励起することによって、THzビームの再構成可能な制御が可能になった。低損失で広帯域のビームフォーマーにより、300 mmにわたる72 Gbpsのチップ・ツー・チップの無線リンクと、同時に8本の40 Gbps無線リンクが可能になった。これらのリンクのうち4本を使用して、ポイント・ツー・4ポイントのリアルタイムHDビデオストリーミングが実証された。今回の成果は、効率的な大規模ビームフォーミングのための相補型金属酸化膜半導体（CMOS）互換THzトポロジカルフォトニック集積回路を提供することにより、テラビット毎秒の6GからXGの無線通信に向けた大規模な1入力多出力および多入力多出力システムを可能にしている。
