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走进神奇的实验室⑥|“透视”穿墙、6G通信,一颗芯片打开未来非科幻世界
发布时间:2021-10-18 19:06:06 阅读:249

来源:川观新闻

    一台白色显微镜下,一颗颗金色的芯片“显”在黑底白线的方格,同时也投影在上方的屏幕上。

    “这是在对850吉赫太赫兹芯片做‘体检’”,技术人员说,太赫兹被称为“改变未来世界的十大技术”,中国在太赫兹自主研发“第一方队”中,而这颗芯片,属于当下最前沿的研究成果。

    这个细节,让走进“量子信息与通信联合创新应用实验室”的人顿觉来到了神秘又高端先进的科技最前沿,坐下来听陌生、遥远的硬核技术介绍,感觉来到了未来的非科幻世界——处处科幻感,也真实可触。搞懂这个实验室的目标任务和实现路径,无疑是“烧脑”的,因为它“属于未来”——未来方向、未来技术、未来场景,需要借助想象去遨游。

850GHz单路外差式接收机部分芯片实物图

    太赫兹芯片研发是读懂实验室的“快捷键”,航天科工通信研究院如是介绍:目前,我国还没有800吉赫以上的探测芯片技术,850吉赫太赫兹芯片采用国内自主研发工艺单片设计,采用单片电路集成,电路实现与装配方案在国内均处于领先水平等。它的成功研制,标志着自主研发太赫兹探测芯片技术的新突破,并为卫星探测及大气遥感领域提供技术支撑。

    其实,作为各国争相追捧的“王炸级”技术,太赫兹技术在探测、医疗、6G、量子通信等诸多方面有着突出的应用优势,能够帮助无人值守检测、远程医疗、无线VR/AR、超高速工业物联网接入等多元场景解决高精度感知和超高速通信前端的需求。这使得它虽在实验室,却神秘地牵动着学界、业界,更有远见者为其早早布局。

    太赫兹是什么呢?太赫兹波是指频率在0.1~10 THz(波长为3000~30μm)范围内的电磁波,在长波段与毫米波相重合,在短波段与红外光相重合。太赫兹频段两侧的红外和微波技术已经非常成熟,但是太赫兹技术既不能完全用红外理论来处理,更不能完全用微波技术来研究,电磁波谱中存在太赫兹空白,是非常重要的交叉前沿领域,是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区,在很多方面都有非常有利的用途。从上世纪90年代起,太赫兹开始受到世界各国科学家和政府的重视,都积极部署研究它。

    作为太赫兹技术的底层支撑,来看看“未来之星”太赫兹芯片可以在哪些场景里大显身手?实验室专家们徐徐道来。

    太赫兹芯片与探测场景。2019年春节热映的科幻电影《流浪地球》里有一个画面——地球想用木星表面的引力来抵消太阳的束缚引力,达到瞬时增速,却因太过艰难,使得地球差点被木星分解。而想观察木星的太空探测器,在现实科研中就涉及到太赫兹技术。例如太赫兹光谱仪,即用于研究木星平流层和对流层的温度结构、组成和动力学,以及冰卫星的外太空和表面。

    太赫兹芯片与“透视”场景。太赫兹与普通人有什么关系?安全。太赫兹安检仪可以帮助安检对人体及包裹清晰成像,检测和识别到塑料凶器、陶瓷手枪、塑胶炸弹、流体炸弹和人体炸弹,海洛因、摇头丸在太赫兹频段内有特定吸收光谱曲线,贩毒行为也能快速查获。太赫兹收发器可以穿墙“透视”,能在浓烟、沙尘环境中,将人质、恐怖分子及武器成像,确定位置,帮助实施营救。太赫兹系统可以对传统无法识别的药物成分进行快速准确的检测。太赫兹医学成像能够对病变细胞进行识别及早期诊断,同时可预防和诊断皮肤癌、乳腺癌等。

    太赫兹芯片与6G场景。去年8月发布的《6G研究白皮书》指出,5G将不能满足2030年之后的未来网络需求。研究人员已经启动了6G研发。6G无线通信网络有望提供更高的频谱/能量/成本效率、更高的传输速率(Tbps级)、10倍以上的更低时延、100倍以上的连接数密度、全自动的更高智能化水平、亚厘米级的定位精度、接近100%的覆盖率,以及亚毫秒级的时间同步。在这个场景里,太赫兹芯片为6G室内应用提供了超宽带的硬件支撑。

    “如果说6G可以比喻为一套铁路系统,那么太赫兹技术就是一种新型的超高速轨道技术,而量子通信是一种让高铁不脱轨的保护技术。”技术人员如是解读实验室的另一研究任务——量子通信。实验室围绕“绝对安全”的量子加密技术展开研究,将其应用在通信系统中,一旦研究成功,加密通信信号就算被坏人截获,可是他们计算100年也破解不了。

    “在细分领域,我们力争做探索者和先行者。借力创新应用实验室,我们将在今后的探索中向形成行业场景应用标准或规范而努力奋斗。”研究人员对实验室的未来充满期待。

    联合策划 | 新经济发展研究院、四川日报全媒体
    执笔 | 四川日报全媒体记者 张红霞

 
 

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