对快速数据共享和处理的需求引发了无线通信系统中更大带宽的竞争。Edholm定律描述了这一点，该定律指出，带宽和数据速率大约每一年半翻一番。随着我们的无线网络接近极限，对更快数据速率的追求促使研究人员探索未知领域:更高的频段，如毫米波、太赫兹和光学频率。
虽然毫米波已被用于短距离无线系统，但未来的需求需要更多。光无线通信具有高带宽，但由于安全法规和噪声问题而面临挑战。太赫兹通信可以为日常应用提供难以置信的快速数据速率，甚至是集成微处理器这样的芯片级应用。
现代计算严重依赖于多核处理器——包含多个处理单元的微型设备。最近，制造商一直在通过增加更多的处理单元和使芯片系统更小来提高性能。这导致单个计算部件在小空间中的数量显著增加，使它们之间的连接更加复杂。然而，这些部件连接的传统方式效率低下，可能会减慢系统的速度。
为了应对这一挑战，一个令人兴奋的解决方案出现了:使用在太赫兹范围内工作的无线通信方法。这些方法可以在系统的各个组件之间建立快速有效的无线连接。然而，有效地实现这些技术需要在系统的接收端集成不同的组件来处理信号。这涉及到从传输信号中检测和解码信息的关键任务。此外，将接收器天线与太赫兹载波信号的特定波长对齐，在使接收器紧凑方面存在困难。
因此，目前的方法经常导致体积庞大、重量沉重和不可靠的接收器。这一限制促使研究人员集中精力开发创新的接收器技术，不仅要小而轻，而且要消耗更少的功率。
我们的研究小组已经公布了一个全面的理论框架:量子尺度太赫兹信号探测器和解调器。这种创新的方法利用了电荷载流子在暴露于强烈的周期性驱动时的量子行为。我们的研究结果发表在《物理学》杂志上。
在凝聚态物理领域，利用光-物质相互作用将量子材料驱动到远离平衡状态的状态对于揭示在平衡设置中仍然无法进入的新量子相至关重要。在经常被引用的方法中，Floquet工程脱颖而出。这项技术使研究人员能够探索当系统受到强时间周期辐射时出现的许多新的量子态[1,2,3]。
由于Floquet工程，我们已经证明了二维半导体量子阱电导率在特定范围内与施加辐射的频率线性相关。我们发现的基础在于理解对二维半导体进行周期性驱动可以提高其导电性。
这种增强是由于外加电场改变了电子波函数，导致电子杂质散射概率降低[4]。这一发现为量子无线接收器铺平了道路，量子无线接收器可以在最小的尺度上探测和整理频率调制的无线数据。
利用这一突破，我们进行了数值模拟，展示了在太赫兹范围内创建用于短距离无线通信的量子无线频率解调器的可行性。我们的研究引入了一种新的方法来接收和解码跨越太赫兹频谱的数字调制信号，通过使用基于GaAs/AlGaAs异质结构的仅几纳米厚的半导体量子阱来实现。
我们的研究结果揭示了一个未知领域的非凡可能性，可以改变芯片级无线通信技术。凭借提高效率和简化设计的潜力，我们的研究结果为下一代无线设备、电路和元件提供了可能性。这一进步为各种各样的应用打开了大门，包括无线通信、雷达和量子技术的进步。
这个故事是科学X对话的一部分，研究人员可以在这里报告他们发表的研究文章的发现。请访问此页面了解有关ScienceX对话框的信息以及如何参与。
Kosala Herath是澳大利亚莫纳什大学电气与计算机系统工程高级计算与模拟实验室(qdresearch.net)的博士候选人和成员。
Ampalavanapillai Nirmalathas教授现任工程与信息技术学院副院长、无线创新实验室(WILAB)负责人以及电气与电子工程教授。
Sarath D. Gunapala是一名固体物理学家，也是加州理工学院喷气推进实验室(JPL)的高级研究科学家。他领导喷气推进实验室的红外光子学小组。
Malin Premaratne在墨尔本大学获得多个学位，包括数学学士学位、电气与电子工程学士学位(一等荣誉)，以及分别于1995年、1995年和1998年获得博士学位。目前，他担任莫纳什大学学术委员会副主席
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