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米粒大小的“彩虹”光通信芯片问世 有望为6G通信和量子计时提供关键支撑
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- 荷鲁斯快报
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英国拉夫堡大学研究人员联合国际团队近日开发出一种仅米粒大小的微型芯片，能够产生精确排列的光频率“彩虹”，并将其转换为多路高频毫米波信号。这项技术有望为6G通信网络提供更高速度和更大容量，同时可应用于雷达、光谱分析、天文观测以及量子技术所需的高精度计时。
随着全球数据需求持续攀升，毫米波因其远高于传统频段的带宽，被视为未来无线通信的重要技术方向。然而，稳定、精准地产生这些高频信号是关键挑战。拉夫堡大学新兴光子学研究中心的Luke Peters博士表示，毫米波有望为未来6G网络带来更高速度和更大容量，其用途也并不局限于通信领域。
研究团队采用了一种名为“微型光频梳”的技术来产生毫米波。微型光频梳是一系列离散、规则排列的光学频率，形态类似彩虹但位于人眼不可见的光谱范围内。专用天线可将这些光学频率转换为毫米波信号。早期研究已表明微型光频梳能产生单一高精度毫米波频率，而同时生成多个频率则能提供多条并行数据通道，显著提升通信容量。
团队近日在《自然·通讯》发表论文，展示了一套可产生稳定、高质量微型光频梳的系统，并成功将其中的光学频率同步转换为多路间隔精确的毫米波频率。传统系统通常通过芯片上的微谐振器实现，而新系统将芯片微谐振器与更大的光纤环路结合，激光在两部分间反复传输，使目标光学状态高效形成并保持稳定。
Peters指出，团队制造出了极其精确且稳定的“芯片彩虹”：光纤环路不断将光反馈至芯片，让相应状态有效积累、自主启动，并在外界扰动下维持稳定。系统的鲁棒性突出，即使有人在设备旁跳动，微型光频梳仍能保持稳定。研究人员还发现，系统可调节“彩虹”中各频率分量的强弱，为不同应用提供更灵活的信号组合。
当光频梳被转换为毫米波后，其原有的精度与稳定性不会损失。Peters表示，不同应用场景需要不同频率组合，因此可单独增强或削弱某些频率，意味着对输出信号拥有更强控制能力。这种精度同样对时间测量至关重要，量子技术中的许多新兴应用高度依赖精确计时，该技术可能为更紧凑的量子计时、定位与导航设备提供基础。
目前，核心芯片仅有一粒米大小，但完整实验装置仍占据一张实验台。研究团队正探索如何将技术从实验室推向实际系统，未来版本有望显著降低能耗并压缩体积，整个设备或可缩小至鞋盒大小。研究人员还考虑将这一技术部署在卫星上，因为航天器对体积、重量和功耗都极为敏感。
团队正与英国国家物理实验室合作，利用高精度时钟检验该微型光频梳系统的准确性，并评估其在计时、导航和定位领域的应用前景。负责微型光频梳稳定性测量的Antonio Cutrona博士表示，团队希望进一步提升系统的精度与稳定性，尤其面向高度依赖精确计时的技术。该研究论文题为《由光学微型光频梳产生的毫米波频梳》，于2026年8月20日发表于《自然·通讯》。
