Ang Daan Patungo sa 6G Maaaring Itayo Gamit ang Graphene

Ang hinaharap ng teknolohiyang wireless communication ay mabilis na umuunlad. Noong 2019 lamang nagsimulang ilunsad ng mga pandaigdigang operator ang 5G. Habang ang 5G ay patuloy pa sa pandaigdigang pagpapatupad, ang 6G ay nagsimulang umunlad na.

Ang 6G ay ang ikaanim na henerasyon ng wireless technology. Ang unang henerasyon, 1G, ay lumitaw noong 1980s at naghatid ng analog na boses. Pagkatapos, noong unang bahagi ng 1990s, ipinakilala ang 2G, na nagdala ng digital na boses at nagpaunlad hindi lamang ng kalidad ng boses kundi pati na rin ng buhay ng baterya at seguridad ng network.

Sinundan ito ng 3G noong unang bahagi ng 2000s, na nagdala ng mobile data at nagbukas ng mga bagong posibilidad, tulad ng video calling at suporta sa multimedia messaging. Ang ikaapat na henerasyon, 4G, noong 2010s, ay nagpasimula ng panahon ng mobile broadband na may mas mababang latency at mas mataas na bilis ng bandwidth. Samantala, ang 5G ay higit pang nagtaas ng bilis at sumusuporta sa mga aplikasyon tulad ng augmented reality (AR) at autonomous driving.

Kaya, bawat bagong henerasyon ng teknolohiyang wireless communication ay may kasamang mga bagong kakayahan, at ganoon din ang 6G.

Sa pagpapatuloy ng trend ng inobasyon at mga pagpapabuti sa wireless communications, magdadala ang 6G ng mas mataas na bandwidth at bilis, napakababang latency, at pagiging maaasahan. Sa teknolohiyang ito, layunin nitong tunay na maghatid ng omnipresent na wireless intelligence at komunikasyon.

Gagamitin ng bagong teknolohiya ang parehong mga batayang bahagi tulad ng mga base station, router, antena, atbp., ngunit ang magpapabago dito ay ang paggamit ng mga bagong teknolohiya upang higit pang paunlarin ang kakayahan ng wireless communication.

Ibig sabihin, ang 6G ay itatayo sa ibabaw ng 5G upang higit pang paghusayin ang mga pagpapabuti na hatid ng kasalukuyang teknolohiya sa konektividad ng network para sa end user.

Bilang karagdagan sa pagbibigay ng mataas na bilis ng koneksyon na may inaasahang mababang latency, inaasahan na ang 6G network ay haharapin ang eksponensyal na lumalaking pangangailangan sa trapiko sa isang cost-efficient na paraan. Maaaring makamit din nito ang ganap na pandaigdigang saklaw, na nag-aalok ng access sa lahat. Gayunpaman, ang pagsuporta sa napakalaking bilang ng mga device ay mangangailangan ng napapanatiling gastos para sa parehong mga tagapagbigay ng serbisyo at mga konsyumer.

Gayunpaman, hindi ito sapat. Bilang karagdagan sa mga pagpapabuting ito at pandaigdigang saklaw sa pamamagitan ng pagkonekta sa mga liblib na lugar, ang mga pag-unlad sa teknolohiya ay kailangang magbigay din ng resistensya laban sa sinadyang malisyosong pag-atake sa imprastruktura at kakayahang tumagal laban sa mga natural na kalamidad at lokal na kaguluhan.

Lahat ng mga pag-unlad na ito sa teknolohiyang 6G ay tutulong sa atin sa precision health care, smart agriculture, smart cities, digital twins, komunikasyon sa kalawakan, at robot navigation. Mas mapapalawak nito ang real-time na pagproseso at pagsusuri ng data sa gilid ng network pati na rin ang walang patid na pagsasama ng bilyong interconnected na mga device sa pang-araw-araw na buhay. Inaasahan din na ang pag-deploy ng 6G ay tutulong sa mga eco-friendly na inobasyon upang mabawasan ang epekto sa kapaligiran at itaguyod ang sustainable development.

Bagaman nangangako ang 6G ng napaka-advanced na hinaharap, ito ay humaharap sa ilang hamon, kabilang ang gastos at seguridad. Upang magamit ang teknolohiyang ito, kakailanganin natin ng bagong imprastruktura sa malakihang sukat, na mahal ang pagtatayo. Gayundin, ang open-source na teknolohiya, virtual na mga network, at IoT ay magpapataas ng kahinaan nito sa mga paglabag sa seguridad.

Dito, sinusuri ang quantum encryption, blockchain, at ang predictive capabilities ng AI bilang posibleng solusyon sa seguridad, habang inaasahan na ang virtualization ng maraming pisikal na bahagi ay makakatulong sa gastos.

Pagdating sa laki ng pandaigdigang merkado ng teknolohiyang ito, tinatantiyang aabot ito sa $40.5 bilyon pagsapit ng 2032, na pinapalakas ng pangangailangan para sa hyper-connectivity, mga benepisyo ng mababang latency at mataas na data rates, ang pangako ng mga susunod na henerasyon ng aplikasyon, ang paggamit ng terahertz frequencies at AI, at ang potensyal na tulayin ang digital divide. $40.5 billion

Inaasahan na magsisimula ang rollout ng 6G technology sa pagtatapos ng dekadang ito. Sa ngayon, ito ay nasa maagang yugto pa ng pananaliksik.

Pagpapabuti ng Wireless Communication gamit ang Quantum Material

Sa patuloy na pagtutok sa malakihang pagpapabuti ng teknolohiyang wireless communication sa buong mundo, nagsusuri ang mga mananaliksik ng iba’t ibang paraan upang makamit ang mas mabilis at mas epektibong teknolohiya sa wireless communication.

Natuklasan na ngayon ng isang pangkat ng mga mananaliksik ang mga paraan upang palakasin ang frequency conversion ng terahertz (THz) waves sa mga estruktura na batay sa graphene.

Ang mga terahertz (THz) wireless communication system ay nakakuha ng malaking atensyon dahil sa pagnanais ng patuloy na pagtaas ng bandwidth at frequency sa THz spectrum, lalo na ang malawak na bandwidth.

Bagaman sapat na ang megahertz bandwidth para sa kasalukuyang mga aplikasyon, ang mga hinaharap na senaryo ng network communication ay mangangailangan ng bandwidth na ilang gigahertz (GHz) upang magampanan nang maayos. Bilang mga high-frequency wave na may napakakaikling wavelength, ang THz waves ay maaaring maghatid ng data nang mas mabilis.

Ang Terahertz (THz) ay isang yunit ng frequency na sumusukat sa electromagnetic waves sa saklaw na 0.1-10 THz. Ang mga alon na ito, na hindi nakaka-invade at ligtas para sa tao, hayop, at halaman, ay matatagpuan sa pagitan ng infrared at millimeter waves sa electromagnetic (EM) spectrum.

Ibig sabihin, maaaring magamit ang THz waves para sa non-invasive imaging sa pamamagitan ng mga opaque na materyales para sa quality control at mga aplikasyon sa seguridad.

Ang napakalaking potensyal nitong bandwidth ay nagbibigay-daan sa ultra-high data rates at, siyempre, nag-aalok ng mga kakayahan na lagpas sa 5G. Gayunpaman, ang teknolohiyang ito ay madaling masipsip ng mga atmospheric component tulad ng hangin at water vapor, na nagbabawas ng lakas ng signal habang lumalayo.

Pagdating sa potensyal ng THz waves para sa wireless communication, may mga pag-unlad na sa THz nonlinear optics. Ang nonlinear optics ay nagsasangkot ng pag-aaral ng interaksyon ng liwanag sa mga materyales upang lumikha ng natatanging phenomena, kabilang ang pagbuo ng optical harmonics.

Habang patuloy na umuunlad ang mga THz technology, nakabuo ang mga mananaliksik mula sa University of Ottawa ng paraan upang gumawa ng mga device na maaaring i-upconvert ang electromagnetic signals sa mas mataas na oscillation frequencies. Maaari nitong epektibong paliitin ang agwat sa pagitan ng GHz electronics at THz photonics.

Ipinakita ng mga natuklasan ng pinakabagong pag-aaral, na inilathala sa Nature¹ ang mga makabagong estratehiya ng koponan upang mapahusay ang THz nonlinearities sa mga device na batay sa graphene.

Ayon kay Jean-Michel Ménard, associate professor ng Physics mula sa Faculty of Science na nakipagtulungan sa proyekto:

“[Ito] ay nagmamarka ng isang makabuluhang hakbang pasulong sa pagpapabuti ng kahusayan ng THz frequency converters, isang kritikal na aspeto para sa multi-spectral THz applications at lalo na sa hinaharap ng mga communication system, tulad ng 6G.”

Sa paggamit ng metodong ipinakita sa bagong pananaliksik, maaaring magamit din ang natatanging optical properties ng graphene.

Hinugot mula sa graphite, ang graphene ay binubuo ng purong carbon, na isa sa pinakamahalagang elemento sa kalikasan. Ang umuusbong na quantum material na ito ay talagang binubuo ng isang solong layer ng carbon atoms at kilala sa pagiging matibay, magaan, at flexible.

Ang 2D material na ito ay kilala rin sa ang resistensya at mataas na thermal at electrical conductivity. Higit pa rito, ang graphene ay may kahanga-hangang optical properties. Kabilang dito ang mataas na transparency sa visible spectra range, na nakadepende sa band structure nito, tunable infrared optical absorbance, at photoresponse hanggang sa THz frequency range.

Lahat ng kahanga-hangang katangiang ito ay ginagawang mahalagang materyal ang graphene sa mga larangan ng enerhiya, konstruksyon, kalusugan, at elektronikong sektor. Kapansin-pansin, ang malaking optical nonlinearity nito, kasama ang kadalian ng integrasyon sa mga device, ay ginagawang perpektong kandidato ang graphene upang maging pangunahing bahagi para sa all-optical switching at frequency conversion technologies para sa signal processing at mga aplikasyon ng wireless communication.

Ang mga pag-aaral na dati nang pinaghalo ang THz light at graphene ay pangunahing nakatuon sa mga pangunahing light-matter interactions. Ang pagsusuri lamang ng epekto ng isang parameter ay nagdudulot ng medyo mahina na nonlinear effects.

Kaya, sa halip, pinagsama ng pinakabagong pananaliksik ang maraming makabagong pamamaraan upang mapabuti ang mga nonlinear effects na ito at, sabay-sabay, ganap na samantalahin ang natatanging katangian ng graphene.

Upang mapalakas ang THz nonlinearities sa mga graphene-based na estruktura, pinalawig ng koponan ang haba ng interaksyon gamit ang multi-layered na disenyo, kinontrol ang carrier density gamit ang electrical gate, at binago ang spatial distribution ng THz field gamit ang metallic metasurface substrate.

Ang bagong eksperimento, kasama ang mga device architecture nito, ay binigyang-diin ni Ali Maleki, isang PhD student sa Ultrafast THz group sa uOttawa, na “nag-aalok ng posibilidad na tuklasin ang malawak na hanay ng mga materyales lampas sa graphene at posibleng matukoy ang mga bagong nonlinear optical mechanisms.”

Iniulat ng koponan ang third harmonic generation (THG) enhancement factors na lampas sa tatlumpu at nagmungkahi ng mga arkitektura na mahusay sa pagtaas ng dalawang order ng magnitude.

Naniniwala si Maleki, na nangolekta at nagsuri ng mga resulta ng pag-aaral, na ang pananaliksik ay mahalaga upang pinuhin ang mga teknik sa THz frequency conversion. Ayon sa kanya, ang pag-unlad ay sa kalaunan makakatulong din sa pag-integrate ng teknolohiyang ito sa mga totoong aplikasyon, “lalo na upang magbigay-daan sa epektibo, chip-integrated na nonlinear THz signal converters na magpapalakas sa mga susunod na communication system.”

Mga Pangunahing Manlalaro sa 6G

Ang karera upang manguna sa pag-develop ng 6G ay kinabibilangan ng lahat mula China at US hanggang South Korea, Europe, at India na nagpapatupad ng mga advanced na plano.

Ang mga kumpanya ay nagsasagawa rin ng kolaborasyon upang pabilisin ang kanilang pag-unlad. Nakipag-partner ang Samsung Electronics sa pinakamalaking mobile operator ng Japan, NTT Docomo, upang “pabilisin ang AI-powered innovation sa industriya ng telecom,” na magbibigay-daan din sa mga hinaharap na komunikasyon tulad ng 6G. Ang SoftBank Corp ay lumagda ng MoU kasama ang Nokia para sa pag-develop ng communication system na gumagamit ng AI para sa teknolohiyang 6G. Samantala, pinalalawak ng Apple (AAPL ) ang kanilang koponan upang mas malalim na sumisid sa larangan ng 6G.

Kaya, habang lahat ay sumasakay na sa tren ng 6G, tingnan natin ang ilang pangunahing publicly listed na kumpanya na malaki ang makikinabang mula sa pag-unlad.

1. Qualcomm Inc.

Ang higanteng semiconductor na ito ay kasalukuyang kasangkot sa pagbibigay ng 5G modems at patuloy na namumuhunan upang mapanatili ang kanyang pamumuno. Regular na ibinabahagi ng Qualcomm (QCOM ) ang kanyang pananaw para sa 6G at nagtrabaho sa mga advanced semiconductor solutions at wireless standards upang paganahin ang imprastruktura at mga device para dito.

Noong nakaraang buwan, ang kumpanya napansin na ang 6G ay nakaposisyon upang harapin ang mga hamon ng pinalawak na availability ng spectrum at mas malaking kahusayan sa paggamit nito. Layunin din nitong buksan ang mga oportunidad sa low, mid, at high spectrum bands, kung saan mapapalawak ang coverage at capacity at magpapahintulot ng high-performance na mga aplikasyon tulad ng generative AI at immersive XR.

Layunin ng Qualcomm na itulak ang mga inobasyon na magbubukas ng daan sa bagong spectrum habang pinapabuti ang operational efficiency ng mga umiiral na banda.

Upang maghanda para sa darating na panahon ng 6G, nakipagtulungan ang Qualcomm sa mga regulator ng spectrum, mobile operators, OEMs, at akademya. Lalo na, inihahanda nito ang upper mid-band (saklaw na 7 GHz hanggang 16 GHz) para sa 6G.

Tinatawag na ‘Giga-MIMO,’ ang teknolohiyang ito ay may mas siksik na antenna array sa base station at mas komplikadong device baseband at radio frequency (RF) design. Inilunsad din ng Qualcomm ang pinalawak nitong 5G mmWave test network, na magsisilbing pundamental na tagapagbigay-daan para sa integrated communications at sensing.

Ayon kay John Smee, Global Head of Wireless Research sa Qualcomm, sa isang panayam, ang 6G ay higit pang magtatayo sa pundasyon ng air interface at integrated terrestrial/non-terrestrial networking (TN/NTN). Tungkol sa paglipat mula 5G patungong 6G, inaasahan niyang ito ay makabuluhang magpapahusay sa wireless connectivity habang nagbibigay-daan sa mga bagong serbisyo tulad ng AI, sensing, at digital twins.

Sa usapin ng AI partikular, binigyang-diin ni Smee na ito ay magpapahusay hindi lamang sa 5G kundi pati na rin sa performance ng 6G system, operational efficiency, at karanasan ng mga gumagamit habang nagbubukas ng mga bagong use case sa malawak na sukat. Ayon sa kanya, ang AI native paradigm ay maaaring magdala ng higit pang inobasyon sa mga device at network.

Ngayon, pagdating sa pinansyal na kalagayan ng Qualcomm, ang kumpanya na may market cap na $190.24 bilyon ay may mga stock na nagte-trade sa $174 sa oras ng pagsulat. Ang mga stock ng kumpanya ay tumaas ng 12.04% YTD. Ang EPS (TTM) nito ay 8.95 at ang P/E (TTM) ratio ay 19.24. Nagbabayad din ito ng dividend yield na 1.98%.

Para sa huling iniulat na quarter, na nagtapos noong Set. 2024, ang kumpanya ay nagkaroon ng non-GAAP revenue na $10.2 bilyon habang ang non-GAAP earnings per share ay $2.69, na may year-over-year na paglago sa EPS na higit sa 30%. Nagbayad din ang Qualcomm ng $2.2 bilyon sa mga stockholder returns, na kinabibilangan ng $1.3 bilyon sa stock repurchases at $947 milyon sa dividends. Ang free cash flow para sa fiscal year 2024 ay iniulat na $11.2 bilyon.

Ang kumpanya ay patuloy ding nakagawa ng makabuluhang pag-unlad sa kanyang diversification strategy, na nagbigay-daan upang makagawa ito ng mga chip para sa PCs, kotse, at mga makina.

“Patuloy naming babaguhin ang Qualcomm mula sa isang wireless communications company tungo sa isang connected computing company para sa panahon ng AI.”

– CEO Cristiano Amon noong panahong iyon

2. Verizon Communications 

Noong 2020, ang CTO ng telecommunications provider na ito sinabi na “hindi ko alam kung ano ang 6G,” at ang kanilang pokus ay nananatiling pagpapahusay ng 5G. Gayunpaman, ang kumpanya ay kapansin-pansing sumali sa iba pang mga lider ng wireless industry upang mabuo ang Next G Alliance.

Ang Verizon, kasama ang Qualcomm, Samsung, AT&T (T ), Apple, Google, Ericsson (ERIC ), Microsoft (MSFT ), Nokia, Facebook, Bell Canada, Ciena, InterDigital (IDCC ), JMA Wireless, TELUS, Telnyx, T-Mobile, at US Cellular, ay nagsama-sama upang mabuo ang Alliance. Layunin ng Alliance na bumuo ng pambansang 6G roadmap, i-align ang mga prayoridad ng stakeholder para sa mga patakaran at pondo ng gobyerno, at tukuyin ang mga estratehiya upang pabilisin ang pag-aampon ng teknolohiyang 6G sa iba’t ibang sektor.

Pagdating sa pinansyal na kalagayan ng Verizon, ang kumpanya na may market cap na $166.45 bilyon ay may mga stock na nagte-trade sa $40.10 sa oras ng pagsulat. Ang mga stock ng kumpanya ay bumaba ng 1.13% YTD. Ang EPS (TTM) nito ay 4.15 at ang P/E (TTM) ratio ay 9.54. Ang Verizon ay nagbabayad ng dividend yield na hanggang 6.85%.

Para sa Q4 2024, ang Verizoniniulat ang tinatawag nitong “industry-leading” wireless service revenue na $20 bilyon. Ang kabuuang operating revenue nito ay $35.7 bilyon, at ang consolidated net income ay $5.1 bilyon. Ang kabuuang unsecured debt ng kumpanya ay $117.9 bilyon.

Ang Q4 ay talagang naging pinakamahusay na quarter para sa Verizon sa loob ng limang taon pagdating sa paglago ng wireless subscriber, na pinasigla ng customizable na myPlan at mga Black Friday deal. Nagdagdag din ang kumpanya ng halos 1 milyong postpaid mobile at broadband subscriber, ang pinakamahusay na quarterly result sa mahigit isang dekada. Ang mga fixed wireless subscriber nito, sa kabilang banda, ay halos 4.6 milyong. Inilunsad din ng kumpanya ang Verizon AI Connect, na sinasamantala ang AI boom sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa mga negosyo na pamahalaan ang kanilang AI workloads sa malawak na sukat.

Konklusyon

Matapos magpokus sa komunikasyong tao-sa-tao sa mga naunang henerasyon ng teknolohiya at pagkatapos lumikha ng isang pundamental na pagbabago sa konsumpsyon ng data, ang pokus ngayon ay sa pagkonekta ng IoT at automation systems. Ngunit sa 6G, ang mga mundong tao at digital ay magsasanib nang walang putol para sa pinahusay na karanasan.

Ang mga pag-unlad sa teknolohiya, lumalaking digitization, advanced na mga use case, at paghahatid ng napakataas na performance ay magtutulak sa merkado ng 6G pasulong. Sa napakabilis nitong bilis, mababang latency, at pandaigdigang konektividad, ang teknolohiyang 6G ay magpapalakas sa bagong hinaharap sa pamamagitan ng self-driving cars, smart cities, at virtual reality.

Inaasahan na ang bagong henerasyon ng wireless technology na ito ay huhubog sa ekonomiya at lipunan kapag inilunsad ito sa unang bahagi ng 2030s. Gayunpaman, may mga hadlang tulad ng mataas na paunang gastos, limitadong availability ng spectrum, at mga hamon sa standardization na kailangang malampasan muna.

Ang pananaliksik, tulad ng tinalakay dito, ay may mahalagang papel sa paggawa ng teknolohiyang ito na maging realidad. Ipinapakita nito ang halaga ng graphene sa pagpapagana ng terahertz (THz) frequency communication, na susi sa mga hinaharap na kakayahan ng 6G. Kaya, sa patuloy na pananaliksik, mga pamahalaang naglulunsad ng mga inisyatiba, at mga kumpanyang nagkak collaborates, nagsimula na tayong gumawa ng progreso patungo sa ikaanim na henerasyon ng wireless technology na nangangako ng mas konektado at makabagong hinaharap!

Ang paglilinis ng graphene ay susi sa komersyalisasyon nito.

Sanggunian ng Pag-aaral:

^{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}