对于快速数据共享和处理的需求，无线通信系统中带宽的竞争日益激烈。Edholm定律指出，带宽和数据速率每年约翻一番。随着无线网络接近极限，研究人员开始探索更高频段，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，但未来需求更大。光无线通信具有高带宽，但面临安全法规和噪声问题。太赫兹通信能提供惊人的快速数据速率，甚至适用于集成微处理器等芯片级应用。
现代计算严重依赖多核处理器，即包含多个处理单元的微型设备。制造商通过增加处理单元和缩小芯片系统来提高性能。这导致单个计算部件在小空间中数量显著增加，连接变得更加复杂。然而，传统的连接方式效率低下，可能减慢系统速度。
为了解决这一挑战，一个令人兴奋的解决方案出现了：使用太赫兹范围内的无线通信方法。这些方法可以在系统各组件之间建立快速有效的无线连接。然而，有效实现这些技术需要在接收端集成不同组件来处理信号，包括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，存在困难。
因此，目前的方法通常导致体积庞大、重量沉重且不可靠的接收器。这一限制促使研究人员致力于开发创新的接收器技术，要小巧轻便且功耗更低。
我们的研究小组提出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。这种创新方法利用电荷载流子在受强烈周期性驱动时的量子行为。我们的研究成果已发表在《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推向远离平衡状态的状态对于揭示新的平衡状态无法进入的量子相至关重要。Floquet工程是一种常被引用的方法，使研究人员能够探索系统在受强时间周期辐射时出现的许多新量子态。
通过Floquet工程，我们证明了二维半导体量子阱的电导率在特定范围内与施加辐射的频率线性相关。我们的发现表明，通过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。这一发现为量子无线接收器铺平了道路，使其能够在最小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方法，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，来接收和解码跨越太赫兹频谱的数字调制信号。
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。这一进步为各种应用打开了大门，包括无线通信、雷达和量子技术的进步。
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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。
