編者按
爲了實現並超過5G(第五代移動通信技術)電信標准的數據傳輸速度，南洋理工大學和日本大阪大學的科學家開發出一種應用光子拓撲絕緣體（Photonic Topological Insulators，縮寫：PTI）的概念構建的新芯片。
太赫茲波的概念及應用難題
來源：Nature Photonics
研究人員最近在《自然光子學》（Nature Photonics）上發表的研究表明，他們的芯片可以傳輸太赫茲（THz）波，同時可以産生每秒11吉比特（Gbit/s）的數據速率，能夠支持4K高清視頻的實時流傳輸，超過了迄今爲止5G無線通信10 Gbit/s的理論上限。
太赫茲波是電磁波頻譜的一部分，介于紅外光波和微波之間，被評價爲下一代高速無線通信的前沿領域。
太赫茲波波譜， 來源：RF技術社區
但是，在將太赫茲波被應用于通信之前，需要解決最大的兩個問題是存在于傳統波導（如晶體或中空電纜）過程中的材料缺陷和傳輸錯誤率。
光子拓撲絕緣體的應用
使用光子拓撲絕緣體可以解決以上這些問題，該技術允許在絕緣體的表面和邊緣上傳導光波，猶如在鐵路上行駛的火車，而不是穿過材料。
NTU研究人員展示研究成果， 來源：NTU官網
當光沿著光子拓撲絕緣體傳播時，可以將其重定向到尖角附近，並且其流將不會受到材料缺陷的幹擾。
通過設計一個帶有成排三角形孔的小型硅芯片，使小三角形指向與大三角形相反的方向，光波將得到“拓撲保護”。
“拓撲保護”原理， 來源：Nature Photonics
相圖及拓撲谷折彎在疇壁的狀態，來源：Nature Photonics
超高速太赫茲無線芯片
NTU聯合大阪大學應用光子拓撲絕緣體設計的這款全硅芯片，證明了它可以無誤傳輸信號，同時以每秒11吉比特的速率繞10個尖角傳送太赫茲波，從而繞過了硅制造過程中可能引入的任何材料缺陷。
研究人員表示，這是太赫茲光譜區域首次實現光子拓撲絕緣體，這證明了先前的理論概念在現實生活中是可行的。
研究人員展示無線芯片， 來源：NTU官網
他們的發現可能爲更多的光子拓撲絕緣體太赫茲互連集成到無線通信設備中鋪平道路，從而爲下一代“6G”通信提供前所未有的每秒TB的速度（比5G還要快10到100倍）。
無限芯片結構， 來源：NTU官網
太赫茲互聯技術的潛在應用領域將包括數據中心，物聯網設備，大型多核計算芯片和遠程通信，包括電信和Wi-Fi等無線通信。
研究人員解釋說，“隨著第四次工業革命和物聯網設備的發展，包括智能設備、遠程攝像頭和傳感器的應用，物聯網設備需要無線處理大量數據，並依靠通信網絡來提供超高速和低延遲。”
研究人員相信，通過使用當前的硅制造工藝設計和生産小型化平台，他們的新型高速太赫茲互連芯片將很容易集成到電子和光子電路設計中，並將有助于將來太赫茲的廣泛采用。
參考文獻：
1. “NTU Singapore and Osaka University scientists build ultra-high-speed Terahertz wireless chip” NTU Media Release
2. “Terahertz topological photonics for on-chip communication” Nature Photonics
