6G : un nouveau record de vitesse fulgurant établi grâce à des “ondes 3D”

La 5G continue de faire jaser alors qu’elle n’est même pas encore entièrement déployée. Mais il en faut bien plus pour arrêter la recherche, et les travaux sur la 6G dont déjà lancés depuis belle lurette. Récemment, ce sont des chercheurs chinois qui ont présenté leurs progrès en la matière; ils sont parvenus à transmettre 1 terabyte de données sur une distance d’un kilomètre en moins d’une seconde. Un chiffre qui constitue un “record du monde” selon les auteurs.

Ce débit tout simplement stupéfiant est le fruit des travaux de l’équipe de Zhang Chao, professeur à l’Université de Tsinghua. Pour resituer ce chiffre dans son contexte, ce débit permettrait de transmettre l’équivalent de 1200 disques Blu Ray double couche par minute. À l’heure actuelle, ce système est en cours de test sur une ligne expérimentale intégrée à l’infrastructure des Jeux Olympiques qui se tiennent actuellement en Chine.

Les ondes, un support de transfert flexible et puissant

Une onde, ce n’est rien de plus que la propagation d’une perturbation. Parmi les paramètres qui la définissent, il y en a deux qui sont particulièrement importants : la durée au bout de laquelle cette perturbation se répète, et sa puissance. Mathématiquement parlant, cela correspond à la fréquence de l’onde et à son amplitude.

Prenons l’exemple d’un plan d’eau dans lequel on jette une pierre. Les vaguelettes à la surface permettent de visualiser l’onde produite par l’impact; leur hauteur dépend de l’amplitude de l’onde, et l’écart entre les vagues représente sa fréquence. Si l’on attribue une signification à une fréquence ou à une amplitude particulière, il est donc possible de constituer une sorte de code; on peut par exemple décider arbitrairement qu’une amplitude donnée correspond à un 1, et qu’une autre valeur représente un 0. Fonctionnellement parlant, chaque pulsation devient alors un bit; il suffit alors de modifier ces paramètres pour faire porter un message à notre onde.

C’est un phénomène que vous connaissez très bien dans le cadre de la radio. Sur les canaux AM (Amplitude Modulation), les informations sont encodées en jouant sur l’amplitude du signal. Sur les canaux FM (Frequency Modulation), en revanche, on parvient au même résultat en jouant sur la fréquence des pulsations. C’est un exemple relativement basique, mais il existe aussi des systèmes beaucoup plus complexes qui exploitent ces deux paramètres à a fois.

Jamais deux sans trois

C’est une approche extrêmement solide et polyvalente; il n’est donc pas surprenant que le concept ait survécu à des décennies d’innovation. Mais aujourd’hui, l’écosystème numérique moderne nécessite des quantités de données de plus en plus importantes qui se sentent très à l’étroit dans ces deux dimensions.

Pour poser les bases d’un nouveau paradigme, les chercheurs ont utilisé une technologie qu’ils désignent ici sous le nom de “vortex waves”. La différence fondamentale par rapport aux générations précédentes, c’est qu’il s’agit très sommairement d’ondes tridimensionnelles. C’est une idée qu’il est assez difficile de se représenter; très vulgairement, au lieu de se déplacer “de haut en bas” comme dans l’exemple précédent, une onde tridimensionnelle se propage autour d’un axe, un peu comme un pas de vis.

Cela signifie qu’en plus de l’amplitude et de la fréquence, il est aussi possible de jouer sur un autre paramètre qui ne définit pas la “hauteur” de l’onde ou sa “longueur”, mais sa rotation. On parle alors de moment cinétique de l’onde. C’est une différence très importante en pratique, car mathématiquement parlant, cette dimension représente tout simplement un support de stockage supplémentaire dans le même espace. Sur le papier, il est donc possible d’obtenir des débits plus importants d’un, voire plusieurs ordres de grandeur.

Un avant-goût du futur des télécoms ?

Le concept est connu depuis belle lurette; le South China Morning Post cite l’exemple du physicien anglais John Henry Poynting, qui a identifié le potentiel de ces ondes tout au début du 20e siècle. Mais la technologie de l’époque était insuffisante pour exploiter l’idée; en particulier Poynting et ses successeurs n’ont jamais réussi à régler le problème de l’élargissement progressif du front d’onde, qui se concrétise par un affaiblissement du signal rédhibitoire. L’idée est donc tombée dans l’oubli pendant des années.

Ce n’est qu’au courant des années 2000 et surtout 2010 que les vortex waves sont revenues au premier plan. Quelques avancées remarquables ont ouvert la voie aux chercheurs chinois, qui ont alors pu produire un nouveau type de transmetteur capable de produire un signal plus concentré. Cela leur a permis de passer outre l’élargissement cité ci-dessus pour préserver l’intégrité du signal, et donc de parvenir à ces débits incroyables.

Il s’agit donc d’une preuve de concept retentissante, dont les implications vont bien au-delà de la vitesse pure. Pour les chercheurs, l’ouverture d’une troisième dimension pourrait bien représenter un changement de paradigme radical, susceptible de révolutionner le monde des télécommunications. Maintenant que cette porte est ouverte, les regards se tournent déjà vers les prochaines étapes. Certains parlent par exemple de juxtaposer plusieurs de ces ondes “tourbillonantes”, ce qui permettrait à nouveau d’augmenter exponentiellement la quantité de données.

Pour le grand public, les retombées concrètes de ces découvertes ne se feront probablement pas sentir avant la prochaine décennie. Mais il s’agit en tout cas d’une superbe preuve de concept dont nous réentendrons assurément parler à l’avenir.

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