Apenas nos hemos acostumbrado al 5G, y la próxima generación (6G) ya está cerca. Ingenieros de China y EE. UU. han presentado el primer chip “para todas las frecuencias”, capaz de ofrecer velocidades móviles de 100 gigabits por segundo (Gbps).
Lo más emocionante es que este chip no solo proporciona comunicación de alta velocidad y baja latencia, sino que es una solución universal que puede operar en una gama de radiofrecuencias sin precedentes. En resumen, promete no solo descargas más rápidas, sino un mundo conectado y ubicuo, y mucho más económico.
Los hilos digitales que conectan el mundo
Nuestra vida inalámbrica moderna es un mosaico cuidadosamente gestionado. La radio de tu coche, el wifi de casa, tu teléfono y el satélite que transmite la señal GPS operan en diferentes bandas de frecuencia dedicadas. La razón es física simple: cada frecuencia tiene propiedades diferentes. Las frecuencias más bajas, como las inferiores a 6 GHz, son las más resistentes. Recorren largas distancias y atraviesan paredes y obstáculos con facilidad, lo que las hace perfectas para garantizar una cobertura extensa. Las frecuencias más altas son las más veloces. No pueden llegar tan lejos ni atravesar obstáculos con facilidad, pero transportan una cantidad de datos mucho mayor, lo que permite las altas velocidades y la baja latencia necesarias para las aplicaciones que consumen muchos datos.
Lograr que todos estos componentes funcionen juntos no es sencillo. Nuestra infraestructura actual consta de diferentes chips, antenas y amplificadores especializados, cada uno diseñado para una sola tarea o un conjunto reducido de tareas. Este enfoque nos ha permitido llegar hasta aquí, pero está llegando a sus límites. Es complejo, increíblemente costoso de implementar y mantener, y fundamentalmente rígido. Si queremos obtener más de nuestras redes, este sistema especializado se convierte en un cuello de botella.
Además, existe un problema de ruido. La creación de señales de muy alta frecuencia con electrónica tradicional suele implicar una cadena de “multiplicadores de frecuencia”. Se parte de una señal de baja frecuencia limpia y estable y luego se multiplica hacia arriba. El proceso es similar a hacer una fotocopia de otra: con cada paso, la señal acumula pequeños errores y ruido, lo que degrada su calidad. Al alcanzar las frecuencias más altas necesarias para el 6G, la señal puede volverse turbia.
Aquí es donde entra en juego la fotónica (la ciencia que utiliza la luz). La luz posee un ancho de banda inherentemente masivo, mucho mayor que cualquier radiofrecuencia. No sería necesario amplificar la señal multiplicándola. Se podría utilizar el mundo limpio y controlable de la luz para generar y procesar señales de radio confusas. La promesa está ahí, pero lograr que funcione en un sistema compacto y práctico supone un desafío monumental. Aquí es donde la nueva investigación cambia las reglas del juego.
Los chips de próxima generación
El equipo construyó su sistema sobre una plataforma de material de vanguardia llamada niobato de litio de película delgada (TFLN). El TFLN es un material extraordinario que puede actuar como un puente entre los mundos de la electricidad y la luz. Básicamente, posee la poderosa capacidad de modificar sus propiedades ópticas al aplicar un campo eléctrico (un fenómeno denominado efecto Pockels). Esto permite a los ingenieros modular la luz con una velocidad y eficiencia increíbles. Igualmente importante, la plataforma TFLN puede integrarse con otros componentes, lo cual es necesario para integrar todas las funciones esenciales de un sistema inalámbrico en un único y minúsculo chip de tan solo 11 x 1,7 milímetros.
Pero el TFLN no lo hace solo. Este nuevo chip utiliza un novedoso generador de señales conocido como oscilador optoelectrónico (OEO). Este es básicamente el latido del sistema. El OEO utiliza un bucle de retroalimentación de luz y electricidad para generar señales de radiofrecuencia excepcionalmente puras y estables. Simplemente ajustando un componente en el chip con un poco de calor, los investigadores pueden ajustar con precisión la frecuencia de salida del OEO a cualquier punto entre 0,5 GHz y 115 GHz.
Esto evita con elegancia el problema de la acumulación de ruido de los multiplicadores electrónicos. En lugar de una cadena de copias ruidosa, el OEO genera una señal impecable directamente a la frecuencia deseada, en todo momento. Los investigadores lo demostraron midiendo el ruido de fase de la señal (una métrica clave para medir su pureza). Los resultados fueron notables: los niveles de ruido se mantuvieron bajos en todo el rango, una hazaña imposible con la electrónica convencional. En esencia, habían construido un sintonizador universal que podía sintonizar cualquier “estación” del espectro radiofónico con una claridad perfecta e inquebrantable.
Con este enfoque, el equipo construyó un enlace de comunicación inalámbrica completo de extremo a extremo. Enviaron datos de alta velocidad a través de nueve bandas de frecuencia consecutivas, alcanzando una impresionante velocidad de datos de 100 gigabits por segundo (Gbps) en un solo carril, lo suficientemente rápida como para descargar dos películas 4K completas en un solo segundo. Esto representa la velocidad más rápida jamás alcanzada para un enlace inalámbrico integrado asistido por fotónica.
¿El amanecer de la radio inteligente?
La velocidad del chip es lo que resulta fácil de comprender y llama la atención. Pero la verdadera innovación reside en su agilidad. El futuro de la tecnología inalámbrica no se trata solo de velocidad, sino también de robustez y adaptabilidad. Las ondas de radio son un entorno caótico, saturado y en constante cambio. Una red verdaderamente de última generación debe ser capaz de gestionar dinámicamente el espectro en tiempo real. El equipo demostró esta capacidad de tres maneras sorprendentes.
En primer lugar, abordaron el problema de las interferencias. El sistema fotónico, conectado a un algoritmo inteligente, puede reconocer interferencias en frecuencias específicas y, en una fracción de segundo, saltar a una frecuencia diferente y libre. Esta capacidad de evadir interferencias es crucial para aplicaciones como la cirugía remota o los pelotones de vehículos autónomos.
En segundo lugar, el sistema puede repararse a sí mismo. Incluso sin interferencias externas, los componentes físicos de un sistema de comunicación (los amplificadores, las antenas) no son perfectos. Suelen presentar respuestas de frecuencia no ideales, con pequeñas caídas y ondulaciones que pueden distorsionar la señal, especialmente en formatos de datos complejos. El sistema puede detectar estas imperfecciones del hardware y modificar ligeramente la frecuencia portadora para alcanzar un punto óptimo. Por último, todo este movimiento dinámico de saltos y cambios requiere una coordinación perfecta, algo que el equipo también ha demostrado.
En el camino hacia el futuro
Esta tecnología aún tiene un largo camino por recorrer. Este es solo el primer prototipo funcional; aún no estamos listos para su producción en masa ni para su uso. El próximo reto de ingeniería es desarrollar periféricos compatibles que sean tan flexibles como el propio chip. Además, este sistema deberá demostrar durabilidad y rentabilidad.
Pero este tipo de hardware puede realmente dar vida al 6G. Hablamos de un cambio de paradigma en el que todos los dispositivos y sensores inteligentes que tenemos a nuestro alrededor podrán comunicarse de forma más rápida y fluida. Los investigadores incluso visualizan otras aplicaciones como la telepresencia holográfica o la realidad aumentada que abarca toda la ciudad. Este chip proporciona el núcleo reconfigurable de alto rendimiento que puede hacerlo realidad.
Durante décadas, nuestro enfoque en el espectro inalámbrico ha sido dividir y conquistar, creando herramientas especializadas para cada tarea. Esta investigación nos muestra una nueva vía: una herramienta única y elegante para dominarlo todo. Al aprovechar el poder de la luz, este diminuto chip podría ser la clave para un futuro más rápido, inteligente y conectado.
El estudio que describe el nuevo chip fue publicado en Nature.
Fuente: ZME Science.