Daha iyi iletişim için sesi yönlendirme hakkında bilmeniz gereken beş şey

Ne zaman birisi bir aramayı cevaplasa, telefon sessiz bir şekilde çeviri yapıyor. Gelen radyo sinyalleri, tekrar veriye dönüştürülmeden önce çipler arasında dalgalanan küçük ses dalgalarına dönüştürülür.

Sanat ve Bilim Okulu’ndan fizikçi AT Charlie Johnson, “Bu dalgalar kullanışlı ama asi” diyor. Malzemedeki kusurların, dalgaları geriye doğru sıçratabileceğini veya onları yönlerinden saptırabileceğini ve her başıboş yansımanın sinyali engellediğini açıklıyor.

Şimdi, Johnson liderliğindeki araştırmacılar ve Austin’deki Texas Üniversitesi’ndeki işbirlikçileri, bu dalgaları yolunda tutan bir cihaz geliştirdiler. Bulguları şu adreste yayınlandı: Uygulanan Fiziksel İnceleme.

Penn Today, yeni nesil iletişim cihazları ve sinyal işlemenin önünü açabilecek bu çalışma hakkında Johnson’la konuştu.

1. Onlarca yıllık Penn kuantum teorisi artık mekanik ses dalgalarına rehberlik ediyor

Yaklaşık yirmi yıl önce, Penn’in teorik fizikçileri Charles Kane ve Eugene Mele, topolojinin (esneme ve bükülmeye dayanabilen özelliklerin matematiği) elektronların belirli malzemeler boyunca nasıl hareket ettiğini nasıl yönettiğini gösterdiler. Bunu, elektronların bir malzemenin kenarı boyunca nasıl hareket ettiğini açıklayan bir olgu olan kuantum spin Hall etkisini tahmin etmek için kullandılar.

Johnson, “Charlie ve Gene kuantum dalgaları, yani malzemelerdeki elektronlar hakkında düşünüyorlardı” diyor. “Fakat aynı fikirler ışık dalgaları için de geçerli ve aynı zamanda üzerinde çalıştığımız ses dalgaları için de geçerli.”

2. Sinyalleri yolunda tutan malzeme değil, desendir

Çip, halihazırda cep telefonu bileşenlerinde kullanılan ve standart çip yapımıyla uyumlu bir malzeme olan alüminyum nitrürden yapılmıştır. Ancak bu çipin içine kazınmış özel bir desen var; sınırın bir tarafında bir yönde, diğer tarafında başka bir yönde düzenlenmiş küçük yıldız şekillerinden oluşan bir kafes.

Dalga her zaman bir desen sağında, diğeri solunda olacak şekilde hareket eder. Tersine çevirmek için bu düzenlemeyi tersine çevirmek zorunda kalacak ve bu da dramatik bir kesintiye yol açacak.

Johnson, “Tasarım, dalgayı ikisi arasındaki arayüz boyunca ilerlemeye zorluyor” diyor. “Bir tarafa giremez, diğer tarafa da giremez.”

3. Keskin köşeler etrafında ‘döndürülerek’ yönlendirilen ses dalgalarının mühendisliği

Testlerde dalgalar, zikzak bir yolun 120 derecelik keskin köşelerini dağılmadan yuvarladı. Dört yollu bir kavşakta, yalnızca tasarımın izin verdiği yönlerde ayrılırlar.

Johnson, bunu yapmanın en zor kısmının sese doğal olarak sahip olmadığı bir özelliği kazandırmak olduğunu söylüyor. Elektronlar, hareketlerinin yönüne göre dönmelerini tanımlayan, spin adı verilen bir özelliğe sahiptir ve topolojik tasarımlar genellikle spin üzerine kuruludur.

Johnson, spin için bir vekil tasarlamanın yıllar aldığını ve birçok başarısız tasarımın sürdüğünü söylüyor. Her başarısızlıktan öğrendiği ve işe yarayana kadar modeli geliştirdiği için ilk yazar Yue Jiang’a ısrarla teşekkür ediyor.

Jiang, “Zorluk, teorik bir fikri üretebileceğimiz ve ölçebileceğimiz bir cihaza dönüştürmekti” diyor. “Deseni dikkatli bir şekilde tasarlayarak, gigahertz ses dalgalarını keskin köşelerin etrafında yönlendirebilir ve bu davranışı doğrudan ölçümlerimizde görebiliriz.”

4. Korunan akustik kanallar kuantum bilgilerinin yönlendirilmesine yardımcı olabilir

Cihaz, bazı kuantum hesaplama gruplarının kuantum bilgisini taşıyan ses dalgaları için halihazırda kullandığı frekans olan yaklaşık 1 gigahertz’de çalışıyor. Ancak mevcut kuantum akustik veri iletimi, saçılmaya neden olabilecek maddi kusurlar nedeniyle doğal riskler taşıyor. Bunun gibi korumalı bir kanal, bu hassas sinyallerin tam olarak gitmeleri gereken yere iletilmesine yardımcı olabilir; başıboş yansımaları engelleyebilir ve çipin etrafında hızla dolaşırken sinyalin sağlam kalmasını sağlayabilir.

Johnson, “Yaklaşımımız, nicelenmiş ses dalgasını tam olması gerektiği yere ilettiklerinden emin olmalarına olanak tanıyacak” diyor.

5. Bu teknoloji daha hızlı telefonlar ve daha az baz istasyonu anlamına gelebilir

Ekibin bir sonraki hedefi, frekansı telefon üreticilerinin hedeflediği 6-10 gigahertz aralığına yükseltmek. Daha verimli sinyal işleme, telefonların daha zayıf sinyallerle çalışmasına ve potansiyel olarak daha az kule gerektirmesine olanak tanıyabilir.