6G’ye Giden Yol Grafen ile Döşenebilir

Kablosuz iletişim teknolojisinin geleceği hızla ilerliyor. Küresel operatörlerin 5G’yi başlatmaya başlaması sadece 2019’da gerçekleşti. 5G hâlâ küresel uygulama sürecindeyken, 6G zaten geliştirilme aşamasına girdi. 

6G, kablosuz teknolojinin altıncı neslidir. İlk nesil, 1G, 1980’lerde ortaya çıktı ve analog ses sağladı. Ardından, 1990’ların başında 2G tanıtıldı; dijital ses getirdi ve sadece ses kalitesini değil, aynı zamanda pil ömrünü ve ağ güvenliğini de iyileştirdi.

Bunu takiben 2000’lerin başında 3G geldi; mobil veri sağladı ve video görüşme ve multimedya mesajlaşması gibi yeni olasılıkları açtı. Dördüncü nesil, 4G, 2010’larda mobil genişbant çağını başlattı; gecikmeyi azalttı ve daha yüksek bant genişliği sundu. Bu arada, 5G hızı daha da artırdı ve artırılmış gerçeklik (AR) ve otonom sürüş gibi uygulamaları destekliyor.

Dolayısıyla, kablosuz iletişim teknolojisinin her yeni nesli yeni yetenekler getirdi ve bu durum 6G için de geçerli.

Kablosuz iletişimde yenilik ve iyileştirme trendi devam ederken, 6G bize daha yüksek bant genişliği ve hız, son derece düşük gecikme ve güvenilirlik getirecek. Bu teknolojiyle amaç, gerçekten her yerde mevcut kablosuz zeka ve iletişimi sağlamak.

Yeni teknoloji, önceki ağların aynı yapı taşlarını – baz istasyonları, yönlendiriciler, antenler vb. – kullanacak, ancak farkı yaratan şey, kablosuz iletişim yeteneklerini daha da ilerletecek yeni teknolojilerin kullanılmasıdır. 

Bu, 6G’nin 5G üzerine inşa edilerek mevcut teknolojinin ağ bağlantısı konusundaki iyileştirmelerini son kullanıcı için daha da mükemmelleştireceği anlamına geliyor. 

Yüksek hızlı bağlantı ve öngörülebilir düşük gecikmenin yanı sıra, 6G ağının beklendiği, üssel olarak artan trafik talebini maliyet‑etkin bir şekilde karşılamasıdır. Ayrıca tam küresel kapsama ulaşarak herkese erişim sunabilir. Ancak bu kadar çok cihazı desteklemek, hizmet sağlayıcıları ve tüketiciler için sürdürülebilir maliyetler gerektirecek. 

Fakat bu yeterli değil. Bu iyileştirmeler ve uzak bölgeleri bağlayarak dünya çapında kapsama ek olarak, teknoloji aynı zamanda altyapıya yönelik kasıtlı kötü niyetli saldırılara karşı direnç ve doğal afetler ile yerel kesintilere karşı dayanıklılık da sunmalı.

6G teknolojisindeki tüm bu ilerlemeler, hassas sağlık hizmetleri, akıllı tarım, akıllı şehirler, dijital ikizler, uzay iletişimi ve robot navigasyonu gibi alanlarda bize yardımcı olacak. Aynı zamanda ağ kenarında gerçek‑zaman veri işleme ve analizini mümkün kılacak ve milyarlarca birbirine bağlı cihazın günlük hayata sorunsuz entegrasyonunu sağlayacak. 6G’nin hayata geçirilmesi, çevre dostu yenilikleri destekleyerek çevresel etkiyi en aza indirmeye ve sürdürülebilir kalkınmayı teşvik etmeye de yardımcı olacak.

6G yüksek bir gelecek vaat ederken, maliyet ve güvenlik gibi çeşitli zorluklarla da karşı karşıya. Bu teknolojiyi hayata geçirmek için ölçekli yeni bir altyapıya ihtiyaç var ve bu da yüksek maliyetli. Ayrıca açık kaynak teknolojileri, sanal ağlar ve IoT, güvenlik ihlallerine karşı savunmasızlığı artıracak.

Bu noktada, kuantum şifreleme, blokzincir ve yapay zekânın öngörücü yetenekleri olası güvenlik çözümleri olarak araştırılıyor; aynı zamanda birçok fiziksel bileşenin sanallaştırılması maliyeti düşürmeye yardımcı olacak.

Bu teknolojinin küresel pazar büyüklüğüne gelince, 2032 yılına kadar $40.5 milyar değerinde olacağı öngörülüyor; bu talep, hiper‑bağlantı, düşük gecikme ve yüksek veri hızları, bir sonraki nesil uygulamaların vaatleri, terahertz frekanslarının ve yapay zekânın kullanımı ve dijital uçurumu kapatma potansiyeli tarafından yönlendiriliyor.

6G teknolojisinin bu on yılın sonuna kadar yaygınlaşması bekleniyor. Şu an için hâlâ erken araştırma aşamalarında. 

Kuantum Malzeme ile Kablosuz İletişimin İyileştirilmesi

Küresel ölçekte kablosuz iletişim teknolojisini köklü bir şekilde iyileştirme odakları artarken, araştırmacılar daha hızlı ve daha verimli kablosuz iletişim teknolojileri ortaya çıkarmanın farklı yollarını inceliyor.

Araştırmacı bir ekip, grafen tabanlı yapılarda terahertz (THz) dalgalarının frekans dönüşümünü artırmanın yollarını buldu. 

Terahertz (THz) kablosuz iletişim sistemleri, özellikle geniş bant genişlikleriyle THz spektrumunda giderek artan bant genişliği ve frekans talebi nedeniyle büyük ilgi görüyor.

Megahertz bant genişliği mevcut uygulamalar için yeterli olsa da, gelecekteki ağ iletişim senaryoları iyi performans gösterebilmek için birkaç gigahertz (GHz) bant genişliğine ihtiyaç duyacak. Yüksek frekanslı ve son derece kısa dalga boylu THz dalgaları, veriyi daha hızlı taşıyabilir.

Terahertz (THz), 0.1‑10 THz aralığındaki elektromanyetik dalgaları ölçen bir frekans birimidir. İnsanlar, hayvanlar ve bitkiler için zararsız ve invazif olmayan bu dalgalar, kızılötesi ile milimetre dalgaları arasında elektromanyetik (EM) spektrumda yer alır.

Bu, THz dalgalarının şeffaf olmayan malzemeler üzerinden invazif olmayan görüntüleme için kalite kontrol ve güvenlik uygulamalarında kullanılabileceği anlamına geliyor. 

Son derece geniş bant genişliği potansiyeli, ultra‑yüksek veri hızlarını mümkün kılar ve elbette 5G’nin ötesinde yetenekler sunar. Ancak bu vaat eden teknoloji, hava ve su buharı gibi atmosferik bileşenler tarafından kolayca emilir; bu da mesafe arttıkça sinyal gücünün azalmasına yol açar. 

THz dalgalarının kablosuz iletişimdeki potansiyeline gelince, THz doğrusal olmayan optikte ilerlemeler kaydedildi. Doğrusal olmayan optik, ışığın malzemelerle etkileşimini inceleyerek optik harmoniklerin üretilmesi gibi benzersiz fenomenler yaratır.

THz teknolojileri gelişmeye devam ederken, Ottawa Üniversitesi araştırmacıları elektromanyetik sinyalleri daha yüksek salınım frekanslarına yükseltebilen cihazlar üretmenin bir yolunu geliştirdi. Bu, GHz elektronikleri ile THz fotoniği arasındaki boşluğu etkili bir şekilde daraltabilir.

En son çalışmanın bulguları, Nature’da yayınlanan¹ ekip tarafından grafen tabanlı cihazlarda THz doğrusal olmayanlukların artırılmasına yönelik yenilikçi stratejileri gösterdi.

Projeye katkıda bulunan Fizik Fakültesi yardımcı doçenti Jean‑Michel Ménard şöyle belirtti:

“[Bu], THz frekans dönüştürücülerinin verimliliğini artırmada kritik bir adım; çok‑spektral THz uygulamaları ve özellikle 6G gibi geleceğin iletişim sistemleri için büyük bir adım.” 

Yeni araştırmada gösterilen yöntemle, grafenin benzersiz optik özellikleri de kullanılabilir.

Grafit’ten elde edilen grafen, saf karbondan oluşur; doğadaki en önemli elementlerden biridir. Tek bir karbon atomu tabakasından oluşan bu yeni kuantum malzeme, dayanıklı, hafif ve esnek olmasıyla bilinir. 

Bu 2D malzeme aynı zamanda yüksek direnç ve yüksek termal‑elektrik iletkenliğiyle tanınır. Daha da önemlisi, grafenin olağanüstü optik özellikleri vardır. Görünür spektrumda yüksek şeffaflık, bant yapısına bağlı ayarlanabilir kızılötesi optik absorpsiyon ve THz frekans aralığına kadar fotocevap gibi özellikler gösterir.

Tüm bu etkileyici özellikler, grafeni enerji, inşaat, sağlık ve elektronik sektörlerinde değerli bir malzeme haline getiriyor. Özellikle büyük optik doğrusal olmayanlığı ve cihazlara entegrasyon kolaylığı, grafeni sinyal işleme ve kablosuz iletişim uygulamaları için tüm‑optik anahtarlama ve frekans dönüşüm teknolojilerinin kilit bileşeni yapıyor.

Daha önce THz ışığı ve grafeni birleştiren çalışmalar, temel ışık‑madde etkileşimlerine odaklanmıştı. Tek bir parametrenin etkisini değerlendirmek, doğrusal olmayan etkileri zayıf bırakıyordu.

Bu yüzden en yeni araştırma, bu doğrusal olmayan etkileri iyileştirmek ve aynı zamanda grafenin benzersiz özelliklerinden tam anlamıyla yararlanmak için birden fazla yenilikçi yaklaşımı birleştirdi.

Grafen tabanlı yapılarda THz doğrusal olmayanlıklarını artırmak için ekip, çok katmanlı bir tasarımla etkileşim uzunluğunu uzattı, bir elektriksel geçit ile taşıyıcı yoğunluğunu kontrol etti ve metalik metasurface alt tabakasıyla THz alanının uzaysal dağılımını modüle etti. 

Yeni deney ve cihaz mimarileri, uOttawa’dan Ultrafast THz grubunun doktora öğrencisi Ali Maleki’nin belirttiği gibi, “grafen ötesi çok sayıda malzemenin keşfedilmesi ve potansiyel yeni doğrusal olmayan optik mekanizmaların tanımlanması için geniş bir yelpazeyi keşfetme imkanı sunuyor.” 

Ekip, otuz kat üzerinde üçüncü harmonik jenerasyonu (THG) artırma faktörleri rapor etti ve iki kat büyüklüğünde bir artışı başarmada yetkin mimariler önerdi. 

Sonuçları toplayıp analiz eden Maleki, araştırmanın THz frekans dönüşüm tekniklerini rafine etmek için kritik olduğunu ve geliştirmelerin sonunda bu teknolojinin gerçek dünya uygulamalarına, özellikle “verimli, çip‑entegrasyonlu doğrusal olmayan THz sinyal dönüştürücülerinin gelecekteki iletişim sistemlerini yönlendirecek” şekilde entegre edilmesine yardımcı olacağını düşünüyor.

6G’deki Önemli Oyuncular

6G geliştirme yarışında Çin, ABD, Güney Kore, Avrupa ve Hindistan gibi ülkeler ileri planlar uygulamaya koyuyor. 

Şirketler de geliştirmeyi hızlandırmak için iş birliği yapıyor. Samsung Electronics, Japonya’nın en büyük mobil operatörü NTT Docomo ile “telekomünikasyon sektöründe yapay zekâ destekli yenilikleri hızlandırmak” ve gelecekteki 6G gibi iletişimleri hayata geçirmek için ortaklık kurdu. SoftBank Corp, 6G teknolojisi için yapay zekâdan yararlanan bir iletişim sistemi geliştirmek amacıyla Nokia ile bir Mutabakat Zaptı (MoU) imzaladı. Bu arada Apple (AAPL ), 6G alanına daha derin bir dalış yapmak için ekibini genişletiyor.

Dolayısıyla, herkes 6G trenine binerken, ilerlemeden büyük ölçüde fayda sağlayacak birkaç büyük halka açık şirkete bir göz atalım.

1. Qualcomm Inc.

Bu yarı iletken devi zaten 5G modemleri tedarik ediyor ve liderliğini sürdürmek için yatırım yapmaya devam ediyor. Qualcomm (QCOM ), 6G vizyonunu düzenli olarak paylaşıyor ve altyapı ve cihazları güçlendirecek gelişmiş yarı iletken çözümleri ve kablosuz standartları üzerinde çalışıyor.

Geçtiğimiz ay şirket, belirtti ki 6G, genişletilmiş spektrum kullanılabilirliğinin ve daha verimli kullanımının zorluklarını karşılamak için konumlandırılmış. Ayrıca düşük, orta ve yüksek spektrum bantlarında fırsatlar açarak kapsama ve kapasiteyi artıracak ve jeneratif yapay zekâ ve sürükleyici XR gibi yüksek performanslı uygulamaları mümkün kılacak.

Qualcomm’un hedefi, yeni bir spektruma yol açan yenilikleri sürdürürken mevcut bantların operasyonel verimliliğini artırmak. 

Gelecek 6G dönemine hazırlanmak için Qualcomm, spektrum düzenleyicileri, mobil operatörler, OEM’ler ve akademiyle çalışıyor. Özellikle 6G için 7 GHz‑16 GHz aralığındaki üst orta bantı hazır hale getiriyor.

‘Giga‑MIMO’ olarak adlandırılan teknoloji, baz istasyonunda çok daha yoğun bir anten dizisi ve daha karmaşık bir cihaz baz bandı ve radyo frekansı (RF) tasarımı getiriyor. Qualcomm ayrıca, bütünleşik iletişim ve algılamayı temel sağlayacak genişletilmiş 5G mmWave test ağını tanıttı.

6G, hava arayüzü temeli ve bütünleşik karasal/karasal dışı (TN/NTN) ağlar üzerine inşa etmeye devam edecek, dedi Qualcomm Global Kablosuz Araştırma Başkanı John Smee, bir röportajda. 5G’den 6G’ye geçişin, kablosuz bağlantıyı önemli ölçüde artıracağını ve yapay zekâ, algılama ve dijital ikizler gibi yeni hizmetleri mümkün kılacağını öngörüyor. 

Özellikle yapay zekâdan bahsederken, Smee bunun sadece 5G’yi değil, aynı zamanda 6G sistem performansını, operasyonel verimliliği ve kullanıcı deneyimlerini iyileştireceğini, ölçekli yeni kullanım senaryolarını açacağını belirtti. AI‑yerel paradigma, cihaz ve ağlara daha fazla yenilik getirebilir.

Şu an itibarıyla, piyasa değeri 190,24 milyar $ olan Qualcomm’un hisse senetleri 174 $ seviyesinde işlem görüyor. Hisse senetleri YTD %12,04 artış gösterdi. EPS (TTM) 8,95, P/E (TTM) oranı 19,24. Temettü getirisi %1,98. 

Şirketin son raporladığı çeyrek (Eylül 2024’te sona erdi) için GAAP dışı geliri 10,2 milyar $, GAAP dışı hisse başına kazancı 2,69 $, EPS yıllık %30’dan fazla artış gösterdi. Qualcomm ayrıca hisse sahiplerine 2,2 milyar $ geri ödeme yaptı; bunun içinde 1,3 milyar $ hisse geri alımı ve 947 milyon $ temettü yer alıyor. 2024 mali yılı için serbest nakit akışı 11,2 milyar $ olarak bildirildi.

Şirket, PC, otomobil ve makine çipleri üretimini mümkün kılan çeşitlendirme stratejisinde de önemli ilerlemeler kaydetti.

“Qualcomm’u bir kablosuz iletişim şirketinden, yapay zekâ çağının gerektirdiği bağlı bilgi işlem şirketine dönüştürmeye devam edeceğiz.”

– CEO Cristiano Amon o zamanki açıklamasında

2. Verizon Communications 

2020 yılında, bu telekomünikasyon sağlayıcısının CTO’su şöyle demişti: “6G’nin ne olduğunu bir türlü bilmiyorum,” ve odakları hâlâ 5G’yi geliştirmeye yöneliktir. Ancak şirket, diğer kablosuz sektör liderleriyle birlikte Next G Alliance’ı kurdu.

Verizon, Qualcomm, Samsung, AT&T (T ), Apple, Google, Ericsson (ERIC ), Microsoft (MSFT ), Nokia, Facebook, Bell Canada, Ciena, InterDigital (IDCC ), JMA Wireless, TELUS, Telnyx, T‑Mobile ve US Cellular ile birlikte bir ittifak oluşturdu. Bu ittifak, ulusal bir 6G yol haritası geliştirmeyi, hükümet politikaları ve fonları için paydaş önceliklerini hizalamayı ve çeşitli sektörlerde 6G teknolojisinin benimsenmesini hızlandıracak stratejileri belirlemeyi amaçlıyor.

Verizon’un finansallarına gelince, piyasa değeri 166,45 milyar $ olan şirketin hisse senetleri şu anda 40,10 $ seviyesinde işlem görüyor. Hisse senetleri YTD %1,13 düşüşte. EPS (TTM) 4,15, P/E (TTM) oranı 9,54. Verizon, %6,85 temettü getirisi sağlıyor.

2024 Q4 için Verizon raporladı ki “sektör lideri” kablosuz hizmet geliri 20 milyar $ olarak gerçekleşti. Toplam işletme geliri 35,7 milyar $, konsolide net gelir 5,1 milyar $ oldu. Şirketin toplam teminatsız borcu 117,9 milyar $. 

Q4, beş yıl içinde Verizon için kablosuz abone büyümesi açısından en iyi çeyrek oldu; özelleştirilebilir myPlan ve Black Friday kampanyaları bu büyümeyi tetikledi. Şirket, bir milyona yakın postpaid mobil ve genişbant abonesi ekledi; bu, on yılı aşkın süredeki en iyi çeyrek sonuçtu. Sabit kablosuz aboneleri ise neredeyse 4,6 milyon seviyesinde. Verizon ayrıca, işletmelerin AI iş yüklerini ölçekli bir şekilde yönetmelerini sağlayan Verizon AI Connect’i tanıttı.

Sonuç

Önceki nesillerde insan‑insana iletişime odaklanıp ardından veri tüketiminde temel bir dönüşüm yarattıktan sonra, odak şimdi IoT ve otomasyon sistemlerini bağlamak üzerine. Ancak 6G ile insan ve dijital dünyalar sorunsuz bir şekilde birleşerek deneyimleri zenginleştirecek.

Teknolojik ilerlemeler, artan dijitalleşme, gelişmiş kullanım senaryoları ve aşırı performans sunumu, 6G pazarını ileriye taşıyacak. Ultra hızlı hızları, düşük gecikmesi ve küresel bağlantısı sayesinde 6G teknolojisi, otonom araçlar, akıllı şehirler ve sanal gerçeklik gibi yeni geleceği şekillendirecek. 

Bu yeni kablosuz teknoloji nesili, 2030’ların başında piyasaya sürüldüğünde ekonomi ve toplumu şekillendirecek. Ancak yüksek başlangıç maliyeti, sınırlı spektrum bulunabilirliği ve standartlaştırma zorlukları gibi engellerin öncelikle aşılması gerekiyor.

Burada tartışılan araştırma gibi çalışmalar, bu teknolojiyi gerçeğe dönüştürmede kritik bir rol oynuyor. Grafenin, terahertz (THz) frekans iletişimini mümkün kılmadaki değerini gösteriyor; bu da 6G’nin gelecekteki yetenekleri için kilit. Dolayısıyla araştırmalar devam ederken, hükümetler girişimler başlatıyor ve şirketler iş birliği yapıyor; 6G’nin daha bağlı ve yenilikçi bir gelecek vaat eden altıncı nesil kablosuz teknolojisine doğru ilerlediğini zaten görüyoruz!

Grafenin temizlenmesi, ticarileşmesi için anahtar.

Çalışma Referansı:

^{1. Maleki, A., Heindl, M. B., Xin, Y., Boyd, R. W., Herink, G., & Ménard, J.-M. (2024). THz harmonik jenerasyonunu çok katmanlı, kapılı ve metamaterial‑tabanlı mimarileri birleştirerek artırma stratejileri. Light: Science & Applications, 15, Makale 1657. https://www.nature.com/articles/s41377-024-01657-1}