Kuantum Atomik Saat: 5G sonrası dönemi başlatın!
Kılavuz
Son zamanlarda Tokyo Teknoloji Enstitüsü, Ricoh Corporation ve Endüstriyel Teknoloji Araştırma Enstitüsü'nden bilim adamları ultra düşük güçlü bir atom saati geliştirdiler. "5G sonrası dönem" in gelecekteki iletişim sistemini açmak için küçük uydulara uygulanabilir.
arka fon
Günümüzde, insanların karşı karşıya olduğu bilgi miktarı patladı, ancak iletişim hızı gereksinimleri gittikçe artıyor. Bu nedenle, bilim adamları geçmişte mobil iletişim teknolojisinin gelişmesini ve yükseltilmesini teşvik ediyorlardı. Şimdi, 5G (beşinci nesil mobil iletişim teknolojisi) dönemi geldi ve dünyanın dört bir yanındaki ülkeler, 5G'nin dağıtımını ve ticarileştirilmesini aktif olarak teşvik ediyor.
5G'nin gelecekteki insan yaşamı üzerindeki etkisi çok geniştir. Birincisi, gelişmiş mobil geniş bant, 4G'den yaklaşık yüzlerce kat daha hızlı İnternet erişimi anlamına gelir; ikincisi, ağa daha fazla cihaz bağlanacak ve akıllı donanım, robotlar, arabalar vb. 5G ağlarına bağlanması bekleniyor; Ek olarak, son derece güvenilir ve gerçek zamanlı iletişim, sürücüsüz ve teletıp mümkün kılar; Son olarak, 5G teknolojisi, Nesnelerin İnternetinin gelişimini daha da teşvik edecek ve her şeyin daha gerçek zamanlı, hızlı ve verimli bir şekilde birbirine bağlanmasını sağlayacaktır.
Bugün 5G tüm hızıyla gelişiyor. Bununla birlikte, dünyadaki birçok ülke gelecekteki "5G sonrası döneme" odaklanmaya ve 5G'nin ötesinde ultra yüksek hızlı iletişim teknolojileri geliştirmeye başladı. Örneğin, Japonya İçişleri ve İletişim Bakanlığı geçen yıl Temmuz ayında radyo dalgalarının 2030'lara dayalı olarak kullanılması için stratejik bir plan açıkladı. 2030'larda hayata geçirilecek devrim niteliğindeki radyo dalgası sistemlerinden biri olan Japonya, "Beyond 5G" yi önerdi. 5G sonrası dönemde, mobil iletişim hızının 5G'nin on katına ulaşması bekleniyor.
Tabii ki, 5G sonrası dönem, bir temel olarak bir dizi anahtar teknoloji gerektiriyor. En umut verici teknolojilerden biri, bir dizi mikro veya nano ölçekli küçük uydunun geliştirilmesidir. Bu uydular, dünyanın alçak yörüngesinde yörüngede dolanır. Örneğin nanosatellitleri ele alalım, ağırlıkları 10 kilogramdan az olabilir ve hacim 1000 cm3'ten az olabilir.
Açık kaynaklı donanım Arduino tabanlı "ArduSat" nano uydu (Resim kaynağı: Wikipedia)
Hazır bir akıllı telefon platformuna dayalı "PhoneSat" nano uydu (Resim kaynağı: Wikipedia)
Bununla birlikte, böylesine büyük bir uydu grubunun küresel zaman standardıyla son derece hassas bir şekilde senkronize edilmesi gerekir, bu nedenle her uydunun çok hassas bir atom saati ile donatılması gerekir.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Tokyo Teknoloji Enstitüsü, Ricoh Corporation ve Endüstriyel Teknoloji Araştırma Enstitüsü'nden bilim adamları ultra düşük güçlü bir atom saati (ULPAC) geliştirdiler. Küçük uydular için gelecekteki "5G dönemi sonrası" iletişim sistemini açmak için kullanılabilir. Önerdikleri ekipman, boyut, kararlılık ve güç tüketimi dahil olmak üzere birçok kıyaslamada mevcut endüstri standartlarını aştı.
"33 mm x 38 mm x 9 mm" atomik saat prototipi (fotoğraf kaynağı: Tokyo Institute of Technology)
teknoloji
Geleneksel atom saatleri çok büyüktür (155 ~ 755cm3) ve küçük uydularda kullanılmak için çok fazla güç (10W'a kadar) tüketir.
Bu nedenle araştırmacılar, "tutarlı popülasyon tuzağı" adı verilen bir yöntem kullanarak büyük ölçüde azaltılmış boyut ve güç tüketimine sahip bir kuantum atom saati geliştirdiler.
Entegre kuantum paketleme (fotoğraf kaynağı: Tokyo Institute of Technology)
Ricoh ve Endüstriyel Teknoloji Enstitüsü'nün çalışmaları, esas olarak ekipmanın Allen varyansını iyileştirmek iken, Tokyo Teknoloji Enstitüsü güç tüketimini azaltmaya odaklanıyor. Bu işbirliğinin nihai sonucu, bir atom saatinin çok umut verici bir prototipidir. Mevcut endüstri standartlarını aşabilir ve gelecekteki telekomünikasyon sistemlerini (5G'nin ötesindekiler gibi) gerçeğe dönüştürebilir.
değer
Güç tüketimi açısından, cihazlarının faz kilitli döngüsünün (bir kuantum atom saatinin temel bileşeni) güç tüketimi, daha önce bildirilen cihazdaki faz kilitli döngünün güç tüketiminden daha düşük bir büyüklük sırasına sahiptir.
Düşük güç tüketimine ek olarak, önerdikleri atom saati, şu anda bildirilen ekipmanı diğer iki önemli yönden geride bırakıyor: dolu hacim ve Allan varyansı.
Mikro-nano uydularda alanın verimli kullanımı çok önemlidir, bu nedenle bilim adamlarının nihai tasarımın küçük bir alana sığmasını sağlamaları gerekir. Allan varyansı, saat frekansı kararlılığının bir ölçüsüdür; düşük Allan varyansı, saatin çok kararlı ve güvenilir olduğunu gösterir. Ekip tarafından geliştirilen atom saati her iki açıdan da iyi görünüyor.
Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nde doçent olan Kenichi Okada şöyle açıkladı: Prototip atom saatimiz uzun vadeli kararlı bir Allan varyansına ulaşıyor, yani = 105s durumunda 2,2 × 1012 (ve = 1s durumunda endüstriyel standart 3.0'dır. × 1010) ve işgal edilen hacim yalnızca 15,4 cm3 (mevcut en küçük atom saatinden biraz daha küçük). "
gelecek
Araştırma ekibi, iyileştirme için hala yer olduğunu söyledi. Okada, "Toplam güç tüketimi 59,9 mW olup, bu temelde prototipteki mikro denetleyici biriminden gelir ve bu, özel mantık devreleri kullanılarak daha da azaltılabilir."
Anahtar kelime
Atom, kuantum, 5G, iletişim
Referans
[1] https://www.titech.ac.jp/english/news/2019/043524.html
