Trung Quốc đột phá công nghệ 6G: Tốc độ vượt 100 Gbps, tải phim 8K chỉ trong vài giây

Các cộng đồng nông thôn trên khắp thế giới thường phải vật lộn với kết nối Internet tốc độ thấp. Ảnh: AFP.

Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển thành công chip 6G “toàn dải tần” đầu tiên trên thế giới, có khả năng giúp thu hẹp khoảng cách số giữa cộng đồng nông thôn và đô thị.

Theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, công nghệ này có thể cung cấp tốc độ Internet di động vượt quá 100 gigabit mỗi giây (Gbps) trên toàn bộ phổ tần số không dây, bao gồm cả những băng tần vốn được sử dụng ở khu vực vùng sâu vùng xa.

Trên thực tế, điều này tương đương với việc truyền tải một bộ phim 8K độ nét cao dung lượng 50GB chỉ trong vài giây – mở ra hàng loạt cơ hội thương mại và giáo dục cho những người sống ở các vùng hẻo lánh.

Hiện nay, nhu cầu kết nối diện rộng khiến hệ thống viễn thông bị phân mảnh bởi nhiều băng tần và thiết bị khác nhau. Ví dụ, điện thoại 5G hoạt động ở khoảng 3 gigahertz (GHz), vệ tinh dùng 30 GHz, còn các ứng dụng trong tương lai như phẫu thuật hologram có thể cần tới 100 GHz. Điều này buộc các kỹ sư phải đối mặt với từng thách thức mới một cách rời rạc.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học Đại học Bắc Kinh và Đại học Thành phố Hong Kong dẫn dắt đã tạo ra bước đột phá khiến cách tiếp cận phân mảnh này trở nên lỗi thời. Họ tuyên bố đã tích hợp toàn bộ phổ tần không dây – từ 0,5 GHz đến 115 GHz – vào một con chip nhỏ bằng đầu ngón tay, hợp nhất chín hệ thống vô tuyến riêng biệt trước đây thành một thiết bị duy nhất.

Con chip này cho phép chuyển đổi liền mạch trên dải tần khổng lồ, đồng thời hỗ trợ cả truyền thông sóng mm và terahertz.

“Có một nhu cầu cấp thiết trong việc giải quyết thách thức phát triển 6G”, Giáo sư Vương Hưng Quân (Wang Xingjun) của Đại học Bắc Kinh nói với tờ China Science Daily.

Ông giải thích rằng khi số lượng thiết bị kết nối tăng nhanh, mạng thế hệ tiếp theo phải tận dụng thế mạnh của từng loại băng tần. Các băng tần cao như sóng mm và terahertz mang lại băng thông cực lớn, độ trễ siêu thấp, thích hợp cho thực tế ảo hoặc phẫu thuật từ xa. Trong khi đó, băng tần thấp như vi sóng lại có khả năng phủ sóng rộng và xuyên thấu, rất quan trọng để đảm bảo kết nối ở vùng núi xa xôi, dưới biển sâu hoặc ngoài không gian.

Phần cứng không dây truyền thống, bị hạn chế bởi vật liệu và kiến trúc, thường chỉ hoạt động trong phạm vi tần số hẹp. Để hỗ trợ mạng 6G toàn phổ, thông thường cần nhiều hệ thống độc lập, dẫn tới chi phí và độ phức tạp tăng vọt. Ngoài ra, việc tăng cường truy cập không dây cũng gây ra tình trạng “tắc nghẽn điện từ”, làm quản lý phổ tần khó khăn hơn và kết nối kém ổn định.

Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã áp dụng chiến lược “kết hợp quang – điện tử”, tận dụng băng thông siêu rộng của ánh sáng để bao trùm dải tần từ vi sóng đến terahertz. Một bộ điều chế điện – quang băng rộng chuyển tín hiệu vô tuyến thành tín hiệu quang để thu đa băng. Các tín hiệu quang này sau đó được xử lý trong các thành phần quang tử, còn việc truyền đạt được thực hiện thông qua trộn tần số giữa hai laser có thể điều chỉnh.

Chip 6G mọi tần số có khả năng mở ra nhiều cơ hội thương mại và giáo dục cho những người sống ở vùng sâu vùng xa. Ảnh: SCMP.

Theo bài báo, tất cả các đơn vị đều được tích hợp vào phần chức năng của chip có kích thước chỉ 11 x 1,7 mm. Chất lượng truyền thông được duy trì mượt mà, ổn định trên toàn bộ phổ tần, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu 6G.

Hệ thống đạt khả năng điều chỉnh tần số 6 GHz chỉ trong 180 micro giây – nhanh hơn hàng trăm lần so với một cái chớp mắt. Tốc độ dữ liệu kênh đơn vượt quá 100 Gbps. Trong khi đó, tốc độ Internet di động trung bình ở vùng nông thôn Mỹ hiện chỉ khoảng 20 Mbps.

“Hệ thống có thể tạo ra tín hiệu liên lạc ở bất kỳ tần số nào trong khoảng 0,5–115 GHz một cách nhanh chóng, chính xác và không gây nhiễu”, Guangming Daily đưa tin hôm thứ Năm.

Con chip này còn có hệ thống “điều hướng tần số”. “Nếu bất kỳ băng tần nào gặp nhiễu hoặc bị chặn, hệ thống có thể tự động nhảy sang kênh sạch ngay lập tức – giống như một tài xế lão luyện đổi làn mượt mà trong giao thông – đảm bảo liên lạc liên tục và không gián đoạn”, đồng tác giả Vương Thành (Wang Cheng) thuộc CityU cho biết.

“Chỉ một con chip giờ đây thay thế cho nhiều thiết bị chuyên dụng, thực sự đạt được khả năng lập trình đa mục đích và điều chỉnh tần số động”, đồng tác giả Thục Hạo Văn (Shu Haowen) từ Đại học Bắc Kinh nói thêm. “Nó đạt được sự cân bằng chưa từng có giữa kích thước, mức tiêu thụ năng lượng và hiệu suất”.

Điều này có nghĩa là ngay cả trong những bối cảnh đông đúc như hòa nhạc hoặc sự kiện thể thao, nơi hàng nghìn thiết bị kết nối cùng lúc, tình trạng nhiễu sóng cũng có thể trở thành chuyện quá khứ.

Giáo sư Vương Hưng Quân nhấn mạnh rằng công nghệ này có thể mở đường cho mạng không dây thông minh, linh hoạt và do AI điều khiển.

“Lần đầu tiên, nó tạo nền tảng phần cứng cho một ‘mạng gốc AI’ – có thể điều chỉnh các thông số liên lạc thông qua thuật toán tích hợp, thích ứng với môi trường điện từ phức tạp trong khi vẫn thực hiện cảm biến môi trường theo thời gian thực”, ông nói với Guangming Daily.

Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu kỳ vọng sẽ phát triển các mô-đun truyền thông thông minh dạng plug-and-play – có kích thước tương tự USB – có thể tích hợp vào mọi thứ từ smartphone, trạm gốc, máy bay không người lái cho tới thiết bị Internet of Things (IoT).

Huyền Chi