Le chemin vers la 6G pourrait être pavé de graphène

Le futur des technologies de communications sans fil progresse rapidement. Ce n’est qu’en 2019 que les opérateurs mondiaux ont commencé à lancer la 5G. Alors que la 5G est encore en cours d’implémentation mondiale, la 6G a déjà commencé à se développer. 

La 6G est la sixième génération de technologie sans fil. La première génération, 1G, est apparue dans les années 1980 et offrait la voix analogique. Puis, au début des années 1990, la 2G a été introduite, apportant la voix numérique et améliorant non seulement la qualité de la voix mais aussi l’autonomie de la batterie et la sécurité du réseau.

Cela a été suivi par la 3G au début des années 2000, qui a introduit les données mobiles et ouvert de nouvelles possibilités, telles que les appels vidéo et la messagerie multimédia. La quatrième génération, la 4G, dans les années 2010, a inauguré l’ère du haut débit mobile avec une latence réduite et une bande passante plus élevée. Pendant ce temps, la 5G a encore augmenté la vitesse et prend en charge des applications comme la réalité augmentée (AR) et la conduite autonome.

Ainsi, chaque nouvelle génération de technologie de communications sans fil a apporté de nouvelles capacités, et il en sera de même pour la 6G. 

En poursuivant la tendance d’innovation et d’améliorations dans les communications sans fil, la 6G nous offrira une bande passante et une vitesse accrues, une latence extrêmement basse et une fiabilité renforcée. Avec cette technologie, l’objectif est de fournir véritablement une intelligence et une communication sans fil omniprésentes.

La nouvelle technologie utilisera les mêmes blocs de construction que les réseaux précédents, tels que les stations de base, les routeurs, les antennes, etc., mais ce qui la différenciera sera l’utilisation de nouvelles technologies pour faire progresser davantage les capacités de communication sans fil. 

Cela signifie que la 6G s’appuiera sur la 5G pour perfectionner davantage les améliorations apportées par la technologie actuelle en matière de connectivité réseau pour l’utilisateur final. 

En plus de fournir une connectivité à haute vitesse avec une latence prévisible, le réseau 6G devrait gérer la demande de trafic exponentiellement croissante de manière rentable. Il pourrait également enfin atteindre une couverture mondiale complète, offrant un accès à tous. Cependant, soutenir un tel nombre d’appareils nécessitera des coûts durables tant pour les fournisseurs de services que pour les consommateurs. 

Cependant, cela ne suffit pas. En plus de ces améliorations et d’une couverture mondiale en connectant les zones reculées, les avancées technologiques doivent également offrir une résistance aux attaques malveillantes délibérées contre les infrastructures et une résilience face aux catastrophes naturelles et aux perturbations locales.

Toutes ces avancées de la technologie 6G nous aideront dans les soins de santé de précision, l’agriculture intelligente, les villes intelligentes, les jumeaux numériques, les communications spatiales et la navigation robotique. Elle permettra également le traitement et l’analyse des données en temps réel à la périphérie du réseau ainsi que l’intégration transparente de milliards d’appareils interconnectés dans la vie quotidienne. Le déploiement de la 6G devrait également contribuer à des innovations écologiques afin de minimiser l’impact environnemental et de promouvoir le développement durable.

Bien que la 6G promette un avenir hautement avancé, elle fait face à plusieurs défis, notamment le coût et la sécurité. Pour mettre cette technologie en service, nous aurions besoin d’une nouvelle infrastructure à grande échelle, ce qui est coûteux à construire. De plus, les technologies open‑source, les réseaux virtuels et l’IoT augmenteront sa vulnérabilité aux violations de sécurité.

À cet égard, le chiffrement quantique, la blockchain et les capacités prédictives de l’IA sont explorés comme solutions potentielles de sécurité, tandis que la virtualisation de nombreux composants physiques devrait aider à réduire les coûts.

En ce qui concerne la taille du marché mondial de cette technologie, elle devrait atteindre 40,5 milliards de dollars d’ici 2032, portée par la demande d’hyper‑connectivité, les avantages d’une latence faible et de débits élevés, la promesse d’applications de prochaine génération, l’utilisation des fréquences térahertz et de l’IA, ainsi que le potentiel de réduire la fracture numérique.

On s’attend à ce que la technologie 6G commence son déploiement d’ici la fin de cette décennie. Pour l’instant, elle en est encore aux premiers stades de recherche.

Améliorer la communication sans fil avec le matériau quantique

Avec un intérêt croissant pour l’amélioration radicale de la technologie de communication sans fil à l’échelle mondiale, les chercheurs explorent différentes manières de débloquer des technologies plus rapides et plus efficaces dans la communication sans fil.

Une équipe de chercheurs a désormais trouvé des moyens d’amplifier la conversion de fréquence des ondes térahertz (THz) dans des structures à base de graphène. 

Les systèmes de communication sans fil térahertz (THz) gagnent en popularité en raison de la quête de bandes passantes et de fréquences toujours plus élevées dans le spectre THz, notamment les bandes passantes larges.

Alors que la bande passante en mégahertz suffit aux applications actuelles, les scénarios de communication réseau futurs nécessiteront des bandes passantes de plusieurs gigahertz (GHz) pour bien fonctionner. En tant qu’ondes à haute fréquence avec des longueurs d’onde extrêmement courtes, les ondes THz peuvent transmettre les données plus rapidement.

Le térahertz (THz) est une unité de fréquence qui mesure les ondes électromagnétiques dans la gamme de 0,1 à 10 THz. Ces ondes, non invasives et sûres pour les humains, les animaux et les plantes, se situent entre l’infrarouge et les ondes millimétriques du spectre électromagnétique (EM).

Cela signifie que les ondes THz peuvent être utilisées pour l’imagerie non invasive à travers des matériaux opaques à des fins de contrôle qualité et de sécurité.

Son potentiel de bande passante extrêmement large permet en outre des débits de données ultra‑élevés et, bien sûr, ouvre des capacités qui dépassent la 5G. Cependant, cette technologie prometteuse est facilement absorbée par les composants atmosphériques comme l’air et la vapeur d’eau, ce qui réduit la puissance du signal sur la distance. 

En ce qui concerne le potentiel des ondes THz pour la communication sans fil, des progrès ont été réalisés en optique non linéaire THz. L’optique non linéaire consiste à étudier l’interaction de la lumière avec les matériaux afin de créer des phénomènes uniques, dont la génération d’harmoniques optiques.

Alors que les technologies THz continuent d’évoluer, des chercheurs de l’Université d’Ottawa ont développé une méthode pour fabriquer des dispositifs capables d’upconvertir les signaux électromagnétiques vers des fréquences d’oscillation plus élevées. Cela peut effectivement réduire l’écart entre l’électronique GHz et la photonique THz.

Les résultats de la dernière étude, publiée dans Nature¹ ont montré les stratégies innovantes de l’équipe pour améliorer les non‑linéarités THz dans des dispositifs à base de graphène.

Selon Jean‑Michel Ménard, professeur associé de physique à la Faculté des sciences qui a collaboré au projet:

« [Cette] avancée représente une étape importante dans l’amélioration de l’efficacité des convertisseurs de fréquence THz, un aspect crucial pour les applications multispectrales THz et, en particulier, pour l’avenir des systèmes de communication, comme la 6G. »

En utilisant la méthode démontrée dans la nouvelle recherche, les propriétés optiques uniques du graphène peuvent également être exploitées.

Extrait du graphite, le graphène est composé de carbone pur, l’un des éléments les plus importants de la nature. Ce matériau quantique émergent est en fait constitué d’une seule couche d’atomes de carbone et est connu pour être résistant, léger et flexible. 

Ce matériau 2D est également connu pour sa résistance et sa haute conductivité thermique et électrique. Plus important encore, le graphène possède des propriétés optiques remarquables. Celles‑ci comprennent une haute transparence dans le spectre visible, qui dépend de sa structure de bande, une absorption optique infrarouge réglable et une réponse photoélectrique jusqu’à la gamme de fréquences THz.

Toutes ces propriétés étonnantes font du graphène un matériau précieux dans les secteurs de l’énergie, de la construction, de la santé et de l’électronique. Notamment, sa grande non‑linéarité optique, ainsi que sa facilité d’intégration dans les dispositifs, en font un candidat idéal pour devenir un composant clé des commutateurs tout‑optique et des technologies de conversion de fréquence pour le traitement du signal et les applications de communication sans fil.

Les études qui ont précédemment combiné la lumière THz et le graphène se concentraient principalement sur les interactions fondamentales lumière‑matière. L’évaluation d’un seul paramètre ne produisait que des effets non linéaires assez faibles.

Ainsi, la recherche la plus récente a plutôt combiné plusieurs approches innovantes pour améliorer ces effets non linéaires et, en même temps, exploiter pleinement les propriétés uniques du graphène.

Pour renforcer les non‑linéarités THz dans les structures à base de graphène, l’équipe a augmenté la longueur d’interaction grâce à une conception multicouche, contrôlé la densité de porteurs avec une porte électrique et modulé la distribution spatiale du champ THz avec un substrat de métasurface métallique. 

La nouvelle expérience, ainsi que ses architectures de dispositifs, Ali Maleki, doctorant du groupe Ultrafast THz à l’uOttawa, a noté, « offrent la possibilité d’explorer un vaste éventail de matériaux au‑delà du graphène et d’identifier potentiellement de nouveaux mécanismes optiques non linéaires. » 

L’équipe a rapporté des facteurs d’amélioration de la génération du troisième harmonique (THG) dépassant trente et a proposé des architectures capables d’atteindre une augmentation de deux ordres de grandeur. 

Maleki, qui a rassemblé et analysé les résultats de l’étude, estime que la recherche est cruciale pour affiner les techniques de conversion de fréquence THz. Selon lui, le développement aidera éventuellement à intégrer cette technologie dans des applications réelles, « en particulier pour permettre des convertisseurs de signaux THz non linéaires intégrés sur puce qui propulseront les futurs systèmes de communication. »

Principaux acteurs de la 6G

La course pour dominer le développement de la 6G implique tout le monde, de la Chine et des États‑Unis à la Corée du Sud, l’Europe et l’Inde, qui mettent en œuvre des plans avancés. 

Les entreprises collaborent également pour accélérer leur développement. Samsung Electronics a s’associé au plus grand opérateur mobile du Japon, NTT Docomo, afin de « accélérer l’innovation alimentée par l’IA dans l’industrie des télécoms », ce qui réalisera également les futures communications comme la 6G. SoftBank Corp a signé un protocole d’accord avec Nokia pour le développement d’un système de communication qui exploite l’IA pour la technologie 6G. Pendant ce temps, Apple (AAPL ) élargit son équipe pour approfondir le domaine de la 6G.

Ainsi, alors que tout le monde monte à bord du train 6G, examinons quelques grandes entreprises cotées en bourse qui pourraient grandement bénéficier de ces avancées.

1. Qualcomm Inc.

Ce géant des semi‑conducteurs fournit déjà des modems 5G et continue d’investir pour maintenir son leadership. Qualcomm (QCOM ) fournit régulièrement sa vision pour la 6G et travaille sur des solutions de semi‑conducteurs avancées et des normes sans fil pour alimenter l’infrastructure et les appareils de la même génération.

Le mois dernier, l’entreprise a indiqué que la 6G est positionnée pour relever les défis d’une disponibilité accrue du spectre et d’une plus grande efficacité de son utilisation. Elle vise également à débloquer des opportunités sur les bandes spectrales basses, moyennes et hautes, où elle augmentera la couverture et la capacité et permettra des applications haute performance comme l’IA générative et la XR immersive.

L’objectif de Qualcomm est de stimuler les innovations qui ouvrent la voie à un nouveau spectre tout en améliorant l’efficacité opérationnelle des bandes existantes. 

Pour se préparer à l’ère 6G à venir, Qualcomm travaille avec les régulateurs du spectre, les opérateurs mobiles, les OEM et le milieu académique. En particulier, elle prépare la bande moyenne supérieure (de 7 GHz à 16 GHz) pour la 6G.

Appelée « Giga‑MIMO », la technologie comprend un réseau d’antennes beaucoup plus dense dans la station de base et une conception de base‑bande et de radiofréquence (RF) plus complexe. Qualcomm a également introduit son réseau de test 5G mmWave élargi, qui sera également un facilitateur fondamental pour les communications et la détection intégrées.

La 6G s’appuiera davantage sur les fondations de l’interface aérienne et le réseau terrestre/non‑terrestre intégré (TN/NTN), a déclaré John Smee, responsable mondial de la recherche sans fil chez Qualcomm, dans une interview. Quant à la transition de la 5G à la 6G, il s’attend à ce qu’elle améliore considérablement la connectivité sans fil tout en permettant de nouveaux services comme l’IA, la détection et les jumeaux numériques. 

En parlant particulièrement de l’IA, Smee a noté qu’elle est destinée à améliorer non seulement la 5G mais aussi les performances du système 6G, l’efficacité opérationnelle et l’expérience utilisateur tout en débloquant de nouveaux cas d’usage à grande échelle. Le paradigme natif IA, selon lui, peut apporter davantage d’innovation aux appareils et aux réseaux.

Aujourd’hui, en ce qui concerne les finances de Qualcomm, la société dont la capitalisation boursière s’élève à 190,24 milliards de dollars voit ses actions se négocier à 174 $ au moment de la rédaction. Les actions de la société sont en hausse de 12,04 % depuis le début de l’année. Son BPA (TTM) est de 8,95 et son ratio P/E (TTM) de 19,24. Elle verse également un rendement de dividende de 1,98 %. 

Pour son dernier trimestre déclaré, qui s’est terminé en septembre 2024, l’entreprise a enregistré un chiffre d’affaires non‑GAAP de 10,2 milliards de dollars tandis que son bénéfice net par action non‑GAAP était de 2,69 $, avec une croissance annuelle du BPA de plus de 30 %. Qualcomm a également versé 2,2 milliards de dollars en retours aux actionnaires, dont 1,3 milliard de rachats d’actions et 947 millions de dividendes. Le flux de trésorerie disponible pour l’exercice fiscal 2024 a été déclaré à 11,2 milliards de dollars.

L’entreprise a également réalisé des progrès significatifs dans sa stratégie de diversification, ce qui lui a permis de produire des puces pour les PC, les voitures et les machines.

« Nous continuerons à transformer Qualcomm d’une entreprise de communications sans fil en une entreprise d’informatique connectée pour l’ère de l’IA. »

– CEO Cristiano Amon à l’époque

2. Verizon Communications 

En 2020, le directeur technique de ce fournisseur de télécommunications a déclaré qu’il « ne sait pas ce que la 6G est », et leur priorité reste d’améliorer la 5G. L’entreprise a toutefois rejoint d’autres leaders de l’industrie sans fil pour former la Next G Alliance.

Verizon, aux côtés de Qualcomm, Samsung, AT&T (T ), Apple, Google, Ericsson (ERIC ), Microsoft (MSFT ), Nokia, Facebook, Bell Canada, Ciena, InterDigital (IDCC ), JMA Wireless, TELUS, Telnyx, T‑Mobile et US Cellular, s’est réunie pour créer l’Alliance. L’Alliance vise à développer une feuille de route nationale pour la 6G, à aligner les priorités des parties prenantes concernant les politiques gouvernementales et le financement, et à identifier des stratégies pour accélérer l’adoption de la technologie 6G dans tous les secteurs.

En ce qui concerne les finances de Verizon, la société dont la capitalisation boursière s’élève à 166,45 milliards de dollars voit ses actions se négocier à 40,10 $ au moment de la rédaction. Les actions de la société sont en baisse de 1,13 % depuis le début de l’année. Son BPA (TTM) est de 4,15 et son ratio P/E (TTM) de 9,54. Verizon verse un rendement de dividende aussi élevé que 6,85 %.

Pour le quatrième trimestre 2024, Verizona déclaré ce qu’elle qualifie de revenu de services sans fil « leader du secteur » à 20 milliards de dollars. Son chiffre d’affaires d’exploitation total était de 35,7 milliards de dollars, et le résultat net consolidé était de 5,1 milliards de dollars. La dette non garantie totale de la société était de 117,9 milliards de dollars. 

Le quatrième trimestre a en fait été le meilleur trimestre pour Verizon depuis cinq ans en termes de croissance du nombre d’abonnés sans fil, grâce aux offres personnalisées myPlan et aux promotions du Black Friday. L’entreprise a également ajouté près d’un million d’abonnés postpayés mobiles et à haut débit, le meilleur résultat trimestriel depuis plus d’une décennie. Ses abonnés fixes sans fil s’élevaient quant à eux à près de 4,6 millions. Verizon a également dévoilé Verizon AI Connect, qui capitalise sur le boom de l’IA en permettant aux entreprises de gérer leurs charges de travail IA à grande échelle.

Conclusion

Après s’être concentré sur la communication homme‑à‑homme dans les générations précédentes de technologie puis avoir créé un changement fondamental dans la consommation de données, l’accent se porte désormais sur la connexion des objets connectés (IoT) et des systèmes d’automatisation. Mais avec la 6G, les mondes humain et numérique seront fusionnés de manière transparente pour offrir des expériences améliorées.

Les avancées technologiques, la numérisation croissante, les cas d’usage avancés et la délivrance de performances extrêmes sont appelés à propulser le marché de la 6G. Avec ses vitesses ultra‑rapides, sa latence faible et sa connectivité mondiale, la technologie 6G alimentera le futur à travers les voitures autonomes, les villes intelligentes et la réalité virtuelle. 

Cette nouvelle génération de technologie sans fil devrait façonner l’économie et la société une fois lancée au début des années 2030. Cependant, des obstacles subsistent, notamment le coût initial élevé, la disponibilité limitée du spectre et les défis de normalisation qui doivent d’abord être surmontés.

La recherche, telle que celle présentée ici, joue un rôle crucial pour rendre cette technologie réelle. Elle démontre la valeur du graphène pour permettre la communication en fréquence térahertz (THz), qui est essentielle aux futures capacités de la 6 G. Ainsi, avec la recherche en cours, les gouvernements qui lancent des initiatives et les entreprises qui collaborent, nous avons déjà commencé à progresser vers la sixième génération de technologie sans fil qui promet un avenir plus connecté et innovant !

Nettoyer le graphène est essentiel à sa commercialisation.

Référence de l’étude:

^{1. Maleki, A., Heindl, M. B., Xin, Y., Boyd, R. W., Herink, G., & Ménard, J.-M. (2024). Strategies to enhance THz harmonic generation combining multilayered, gated, and metamaterial-based architectures. Light: Science & Applications, 15, Article 1657. https://www.nature.com/articles/s41377-024-01657-1}