Le chemin vers la 6G pourrait être pavé de graphène

L'avenir des technologies de communication sans fil évolue rapidement. Ce n'est qu'en 2019 que les opérateurs mondiaux ont commencé à lancer la 5G. Alors que la 5G est encore en cours de déploiement mondial, la 6G a déjà commencé à se développer. 

La 6G est la sixième génération de technologie sans fil. La première génération, la 1G, est apparue dans les années 1980 et proposait la voix analogique. Puis, au début des années 1990, la 2G a été introduite, apportant la voix numérique et améliorant non seulement la qualité de la voix, mais aussi l'autonomie de la batterie et la sécurité du réseau.

Au début des années 3, la 2000G a suivi, apportant des données mobiles et ouvrant de nouvelles possibilités, comme les appels vidéo et la messagerie multimédia. La quatrième génération, la 4G, dans les années 2010, a inauguré l'ère du haut débit mobile avec une latence réduite et une bande passante plus rapide. Parallèlement, la 5G a encore augmenté la vitesse et pris en charge des applications comme la réalité augmentée (AR) et la conduite autonome.

Ainsi, chaque nouvelle génération de technologie de communication sans fil s’accompagne de nouvelles capacités, et cela vaut également pour la 6G. 

Poursuivant la tendance à l'innovation et aux améliorations dans les communications sans fil, la 6G nous apportera une bande passante et une vitesse accrues, une latence extrêmement faible et une fiabilité accrue. Avec cette technologie, l'objectif est de fournir une véritable intelligence et une communication sans fil omniprésente.

La nouvelle technologie utilisera les mêmes éléments de base que les réseaux précédents, tels que les stations de base, les routeurs, les antennes, etc., mais ce qui la différenciera, c'est l'utilisation de nouvelles technologies. pour faire progresser davantage les capacités de communication sans fil. 

Cela signifie que la 6G sera construite sur la 5G pour perfectionner davantage les améliorations apportées par la technologie actuelle en matière de connectivité réseau pour l'utilisateur final. 

En plus de fournir une connectivité à haut débit avec une latence prévisiblement faible, le réseau 6G devrait Il s'agit de gérer de manière rentable la demande de trafic en croissance exponentielle. Il est également possible d'atteindre enfin une couverture mondiale complète, offrant un accès à tous. Cependant, la prise en charge d'un nombre aussi important d'appareils nécessitera des coûts supportables tant pour les fournisseurs de services que pour les consommateurs. 

Mais cela ne suffit pas. Outre ces améliorations et la couverture mondiale grâce à la connexion des zones reculées, les avancées technologiques doivent également offrir une résistance aux attaques malveillantes délibérées contre les infrastructures et une résilience face aux catastrophes naturelles et aux perturbations locales.

Toutes ces avancées technologiques 6G nous aideront dans les domaines des soins de santé de précision, de l'agriculture intelligente, des villes intelligentes, des jumeaux numériques, des communications spatiales et de la navigation robotique. Elles permettront également le traitement et l'analyse des données en temps réel à la périphérie du réseau, ainsi que l'intégration fluide de milliards d'appareils interconnectés dans la vie quotidienne. Le déploiement de la 6G devrait également favoriser les innovations respectueuses de l'environnement afin de minimiser l'impact environnemental et de promouvoir le développement durable.

La 6G promet un avenir très avancé, mais elle est confrontée à plusieurs défis, notamment en termes de coût et de sécurité. Pour que cette technologie soit opérationnelle, nous aurions besoin d’une nouvelle infrastructure à grande échelle, dont la construction est coûteuse. De plus, les technologies open source, les réseaux virtuels et l’IoT augmenteront sa vulnérabilité aux failles de sécurité.

Ici, le cryptage quantique, la blockchain et les capacités prédictives de l'IA sont explorés comme solutions de sécurité possibles, tandis que la virtualisation de nombreux composants physiques devrait contribuer à réduire les coûts.

En ce qui concerne la taille du marché mondial de cette technologie, on estime qu'elle vaut 40.5 milliards de dollars d’ici 2032, portée par la demande d’hyperconnectivité, les avantages d’une faible latence et de débits de données élevés, la promesse d’applications de nouvelle génération, l’utilisation des fréquences térahertz et de l’IA, et le potentiel de réduction de la fracture numérique.

La technologie 6G devrait être déployée d'ici la fin de la décennie. Pour l'instant, elle n'en est qu'à ses débuts.

Améliorer la communication sans fil grâce aux matériaux quantiques

Alors que l’accent est de plus en plus mis sur l’amélioration spectaculaire de la technologie de communication sans fil à l’échelle mondiale, les chercheurs explorent différentes manières de mettre au point des technologies de communication sans fil plus rapides et plus efficaces.

Une équipe de chercheurs a désormais trouvé des moyens d’amplifier la conversion de fréquence des ondes térahertz (THz) dans des structures à base de graphène. 

Les systèmes de communication sans fil térahertz (THz) gagnent beaucoup de terrain en raison de la volonté d'augmenter sans cesse les bandes passantes et les fréquences dans le spectre THz, en particulier les bandes passantes larges.

Si la bande passante en mégahertz est suffisante pour les applications actuelles, les futurs scénarios de communication réseau nécessiteront des bandes passantes de plusieurs gigahertz (GHz) pour fonctionner correctement. Étant des ondes à haute fréquence avec des longueurs d'onde extrêmement courtes, les ondes THz peuvent transmettre des données plus rapidement.

Le térahertz (THz) est une unité de fréquence qui mesure les ondes électromagnétiques dans la gamme de 0.1 à 10 THz. Ces ondes, qui sont non invasives et sans danger pour les humains, les animaux et les plantes, se situent entre les ondes infrarouges et les ondes millimétriques dans le spectre électromagnétique (EM).

En d'autres termes, Les ondes THz peuvent être utilisées pour l'imagerie non invasive à travers des matériaux opaques pour les applications de contrôle qualité et de sécurité.

Son potentiel de bande passante extrêmement important permet en outre des débits de données ultra-élevés et, bien sûr, des capacités qui vont au-delà de la 5G. Cependant, cette technologie prometteuse est facilement absorbée par les composants atmosphériques comme l'air et la vapeur d'eau, ce qui réduit la puissance du signal sur la distance. 

En ce qui concerne le potentiel des ondes THz pour la communication sans fil, des progrès ont été réalisés en optique non linéaire THz. L'optique non linéaire consiste à étudier l'interaction de la lumière avec les matériaux pour créer des phénomènes uniques, notamment la génération d'harmoniques optiques.

Alors que les technologies THz continuent d’évoluer, les chercheurs de l’Université d’Ottawa ont mis au point un moyen de construire des dispositifs capables de convertir les signaux électromagnétiques en fréquences d’oscillation plus élevées. Cela peut réduire efficacement l’écart entre l’électronique GHz et la photonique THz.

Les résultats de la dernière étude, publié dans Nature¹ a montré les stratégies innovantes de l'équipe pour améliorer les non-linéarités THz dans les dispositifs à base de graphène.

Selon Jean-Michel Ménard, professeur agrégé de physique à la Faculté des sciences qui a collaboré au projet :

« [Cela] marque une avancée significative dans l'amélioration de l'efficacité des convertisseurs de fréquence THz, un aspect essentiel pour les applications THz multispectrales et surtout pour l'avenir des systèmes de communication, comme la 6G. »

En utilisant la méthode démontrée dans la nouvelle recherche, les propriétés optiques uniques du graphène peuvent également être utilisées.

Extrait du graphite, le graphène est composé de carbone pur, l'un des éléments les plus importants de la nature. Ce matériau quantique émergent est en fait constitué d'une seule couche d'atomes de carbone et est connu pour être résistant, léger et flexible. 

Ce Le matériau 2D est également connu pour Le graphène est un matériau très résistant et très conducteur de chaleur et d'électricité. Il possède en outre des propriétés optiques remarquables. Il s'agit notamment d'une transparence élevée dans la gamme des spectres visibles, qui dépend de sa structure de bande, d'une absorbance optique infrarouge réglable et d'une photoréponse jusqu'à la gamme de fréquences THz.

Toutes ces propriétés étonnantes font du graphène un matériau précieux dans les domaines de l'énergie, de la construction, de la santé et de l'électronique. Notamment, sa grande non-linéarité optique, ainsi que sa facilité d'intégration dans les appareils, font du graphène un candidat idéal pour devenir un composant clé des technologies de commutation et de conversion de fréquence tout optique pour les applications de traitement du signal et de communication sans fil.

Les études qui ont précédemment combiné la lumière THz et le graphène se sont principalement concentrées sur les interactions fondamentales lumière-matière. L'évaluation de l'effet d'un seul paramètre seulement a des effets non linéaires plutôt faibles.

Ainsi, les dernières recherches ont plutôt combiné plusieurs approches innovantes pour améliorer ces effets non linéaires et, en même temps, tirer pleinement parti des propriétés uniques du graphène.

Pour améliorer les non-linéarités THz dans les structures à base de graphène, l'équipe a augmenté la durée d'interaction à l'aide d'une conception multicouche, contrôlé la densité des porteurs avec une porte électrique et modulé la distribution spatiale du champ THz avec un substrat de métasurface métallique. 

La nouvelle expérience, ainsi que ses architectures de dispositifs, a noté Ali Maleki, doctorant au sein du groupe THz ultrarapide à l'Université d'Ottawa, « offrent la possibilité d'explorer une vaste gamme de matériaux au-delà du graphène et d'identifier potentiellement de nouveaux mécanismes optiques non linéaires ». 

L'équipe a signalé des facteurs d'amélioration de la génération de troisième harmonique (THG) dépassant trente et a proposé des architectures capables d'accomplir une augmentation de deux ordres de grandeur. 

Maleki, qui a recueilli et analysé les résultats de l’étude, estime que ces recherches sont essentielles pour affiner les techniques de conversion de fréquence THz. Selon lui, ces progrès permettront également d’intégrer cette technologie dans des applications concrètes, « en particulier pour permettre la mise au point de convertisseurs de signaux THz non linéaires intégrés à la puce, qui piloteront les futurs systèmes de communication ».

Les principaux acteurs de la 6G

La course pour dominer le développement de la 6G oblige tout le monde, de la Chine et des États-Unis à la Corée du Sud, en passant par l'Europe et l'Inde, à mettre en œuvre des plans avancés. 

Les entreprises collaborent également pour accélérer leur développement. Samsung Electronics a en partenariat avec le plus grand opérateur mobile japonais, NTT Docomo, pour « accélérer l'innovation basée sur l'IA dans le secteur des télécommunications », ce qui permettra également de concrétiser les communications du futur comme la 6G. SoftBank Corp a signé un protocole d'accord avec Nokia pour le développement d'un système de communication exploitant l'IA pour la technologie 6G. Parallèlement, Apple renforce son équipe pour approfondir ses connaissances sur la 6G.

Alors, alors que tout le monde est à bord du train 6G, examinons quelques grandes sociétés cotées en bourse qui ont beaucoup à gagner de cette avancée.

1. Qualcomm Inc. (QCOM )

Ce géant des semi-conducteurs est déjà impliqué dans la fourniture de modems 5G et continue d'investir pour maintenir son leadership. Qualcomm présente régulièrement sa vision de la 6G et travaille sur des solutions de semi-conducteurs avancées et des normes sans fil pour alimenter l'infrastructure et les appareils de cette dernière.

Le mois dernier, l'entreprise noté La 6G est bien placée pour répondre aux défis d’une disponibilité accrue du spectre et d’une plus grande efficacité dans son utilisation. Elle vise également à ouvrir des opportunités dans les bandes de fréquences basses, moyennes et hautes, où elle augmentera la couverture et la capacité et permettra des applications hautes performances comme l’IA de génération et la XR immersive.

L’objectif de Qualcomm est de stimuler les innovations qui ouvrent la voie à un nouveau spectre tout en améliorant l’efficacité opérationnelle des bandes existantes. 

Pour préparer l'ère de la 6G, Qualcomm a travaillé avec les régulateurs du spectre, les opérateurs mobiles, les équipementiers et le monde universitaire. En particulier, l'entreprise a préparé la bande moyenne supérieure (de 7 à 16 GHz) pour la 6G.

Baptisée « Giga-MIMO », cette technologie s'appuie sur un réseau d'antennes beaucoup plus dense au niveau de la station de base et sur une conception plus complexe de la bande de base et des radiofréquences (RF) des appareils. Qualcomm a également présenté son réseau de test 5G mmWave étendu, qui constituera un élément fondamental pour les communications et la détection intégrées.

La 6G s'appuiera davantage sur les fondations de l'interface aérienne et sur les réseaux terrestres/non terrestres intégrés (TN/NTN), a déclaré John Smee, responsable mondial de la recherche sans fil chez Qualcomm, dans un communiqué. interviewQuant à la transition de la 5G à la 6G, il s’attend à ce qu’elle améliore considérablement la connectivité sans fil tout en permettant de nouveaux services comme l’IA, la détection et les jumeaux numériques. 

Smee a souligné que l'IA devrait améliorer non seulement les performances des systèmes 5G, mais aussi 6G, l'efficacité opérationnelle et l'expérience utilisateur tout en ouvrant la voie à de nouveaux cas d'utilisation à grande échelle. Le paradigme natif de l'IA, selon lui, peut apporter plus d'innovation aux appareils et aux réseaux.

Concernant les finances de Qualcomm, l'action de cette entreprise, dont la capitalisation boursière est de 190.24 milliards de dollars, s'échangeait à 174 dollars au moment de la rédaction de cet article. Le titre est en hausse de 12.04 % depuis le début de l'année. Son BPA (sur 8.95 mois) s'élève quant à lui à 19.24 et son ratio cours/bénéfice (sur 1.98 mois) à XNUMX. Le rendement du dividende s'élève également à XNUMX %. 

Pour sa dernière rapporté Au cours du trimestre clos en septembre 2024, la société a réalisé un chiffre d'affaires non GAAP de 10.2 milliards de dollars, tandis que son bénéfice par action non GAAP était de 2.69 dollars, avec une croissance annuelle du BPA de plus de 30 %. Qualcomm a également versé 2.2 milliards de dollars en retours aux actionnaires, dont 1.3 milliard de dollars en rachats d'actions et 947 millions de dollars en dividendes. Le flux de trésorerie disponible pour l'exercice 2024 a été déclaré à 11.2 milliards de dollars.

L'entreprise a également réalisé des progrès significatifs dans sa stratégie de diversification, ce qui lui a permis de produire des puces pour PC, voitures et machines.

« Nous allons continuer à transformer Qualcomm, d’une entreprise de communications sans fil, en une entreprise d’informatique connectée à l’ère de l’IA. »

– Le PDG Cristiano Amon à l’époque

2. Verizon Communications (VZ )

En 2020, le directeur technique de ce fournisseur de télécommunications dit qu'il « ignore ce qu'est la 6G », et que leur priorité reste l'amélioration de la 5G. L'entreprise a toutefois rejoint d'autres leaders du secteur sans fil pour former la Next G Alliance.

Verizon, Qualcomm, Samsung, AT&T, Apple, Google, Ericsson, Microsoft, Nokia, Facebook, Bell Canada, Ciena, InterDigital, JMA Wireless, TELUS, Telnyx, T-Mobile et US Cellular se sont regroupés pour former l'Alliance. L'Alliance vise à élaborer une feuille de route nationale pour la 6G, à aligner les priorités des parties prenantes en matière de politiques et de financements gouvernementaux et à identifier des stratégies pour accélérer l'adoption de la technologie 6G dans tous les secteurs.

Concernant les finances de Verizon, l'action de cette entreprise de 166.45 milliards de dollars de capitalisation boursière s'échangeait, au moment de la rédaction de cet article, à 40.10 dollars. Le titre est en baisse de 1.13 % depuis le début de l'année. Son BPA (sur 4.15 mois) s'élève quant à lui à 9.54 et son ratio cours/bénéfice (sur 6.85 mois) à XNUMX. Verizon verse un rendement de dividende pouvant atteindre XNUMX %.

Pour le quatrième trimestre 4, Verizon rapporté Ce qu'elle qualifie de « leader du secteur » en matière de chiffre d'affaires des services sans fil, avec 20 milliards de dollars. Son chiffre d'affaires d'exploitation total s'élevait à 35.7 milliards de dollars et son bénéfice net consolidé à 5.1 milliards de dollars. La dette totale non garantie de l'entreprise s'élevait à 117.9 milliards de dollars. 

Le quatrième trimestre a été le meilleur trimestre de Verizon depuis cinq ans en termes de croissance du nombre d'abonnés sans fil, grâce aux offres personnalisables myPlan et Black Friday. La société a également ajouté près d'un million d'abonnés mobiles et haut débit postpayés, le meilleur résultat trimestriel depuis plus d'une décennie. Ses abonnés sans fil fixes, quant à eux, s'élevaient à près de 4 millions. La société a également dévoilé Verizon AI Connect, qui capitalise sur l'essor de l'IA en permettant aux entreprises de gérer leurs charges de travail d'IA à grande échelle.

Conclusion

Après avoir mis l’accent sur la communication interhumaine dans les générations précédentes de technologies, puis créé un changement fondamental dans la consommation de données, l’accent est désormais mis sur la connexion des IoT et systèmes d'automatisationMais avec la 6G, les mondes humain et numérique fusionneront de manière transparente pour des expériences améliorées.

Les avancées technologiques, la numérisation croissante, les cas d'utilisation avancés et la fourniture de performances extrêmes devraient faire progresser le marché de la 6G. Avec ses vitesses ultra-rapides, sa faible latence et sa connectivité mondiale, la technologie 6G propulsera le nouvel avenir grâce aux voitures autonomes, aux villes intelligentes et à la réalité virtuelle. 

Cette nouvelle génération de technologies sans fil devrait façonner l’économie et la société une fois lancée au début des années 2030. Cependant, il existe des obstacles en termes de coût initial élevé, de disponibilité limitée du spectre et de défis de normalisation qui doivent d’abord être surmontés.

La recherche, comme celle présentée ici, joue un rôle crucial dans la concrétisation de cette technologie. Elle démontre l'intérêt du graphène pour la communication à fréquence térahertz (THz), essentielle aux futures capacités de la 6G. Ainsi, grâce aux recherches en cours, aux initiatives gouvernementales et à la collaboration des entreprises, nous avons déjà commencé à progresser vers la sixième génération de technologies sans fil, promesse d'un avenir plus connecté et innovant !

Le nettoyage du graphène est essentiel à sa commercialisation.

Référence de l'étude :

^{1. Maleki, A., Heindl, MB, Xin, Y., Boyd, RW, Herink, G., & Ménard, J.-M. (2024). Stratégies pour améliorer la génération d'harmoniques THz en combinant des architectures multicouches, à portes et à base de métamatériaux. Lumière : Science & Applications, 15, Article 1657. https://www.nature.com/articles/s41377-024-01657-1}