北京大學(xué)王興軍教授、舒浩文研究員和香港城市大學(xué)王騁教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)于8月27日晚在《自然》雜志在線發(fā)表了一項(xiàng)重要科研成果。他們研發(fā)出首款基于光電融合集成技術(shù)的自適應(yīng)全頻段高速無線通信芯片，為6G通信技術(shù)實(shí)用化奠定了硬件基礎(chǔ)。這款芯片僅指甲蓋大小，卻能調(diào)度從微波、Sub 6GHz到毫米波甚至太赫茲的全頻段資源，數(shù)據(jù)傳輸速率超過120Gbps，徹底打破了傳統(tǒng)電子器件“一個(gè)頻段一套設(shè)備”的限制。

當(dāng)前，我們正步入一個(gè)萬物互聯(lián)的時(shí)代，6G網(wǎng)絡(luò)不僅需要支撐虛擬現(xiàn)實(shí)、智慧工廠等對帶寬和時(shí)延極其敏感的應(yīng)用，還要在偏遠(yuǎn)山區(qū)、深海空天等復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋。不同頻段各有優(yōu)劣：高頻段數(shù)據(jù)資源豐富、速率極高，但難以遠(yuǎn)距傳輸；低頻段穿透性強(qiáng)、覆蓋廣，但容量有限?；诩冸娮蛹夹g(shù)的傳統(tǒng)無線設(shè)備受限于材料和結(jié)構(gòu)，往往只能在一個(gè)頻段工作，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備冗贅、難以動(dòng)態(tài)調(diào)度頻譜資源。真正實(shí)現(xiàn)“全頻段自適應(yīng)利用”始終是產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界面臨的核心難題。

研究團(tuán)隊(duì)選擇了光電融合的技術(shù)路線，利用先進(jìn)的薄膜鈮酸鋰光子材料，提出“超寬帶光電融合無線收發(fā)引擎”這一全新架構(gòu)。該芯片最關(guān)鍵的突破在于實(shí)現(xiàn)了頻率可廣泛、快速、精準(zhǔn)重構(gòu)的片上集成光電振蕩器。該系統(tǒng)借助高精度光學(xué)微環(huán)鎖定頻率，能在0.5GHz至115GHz近乎八個(gè)倍頻程的超寬范圍內(nèi)，快速、精準(zhǔn)、低噪聲地生成任意頻點(diǎn)的通信信號。這標(biāo)志著在極高頻率下，信號質(zhì)量仍然穩(wěn)定如初。這意味著，只需單一芯片即可替代以往多套不同頻段無線設(shè)備的功能，真正實(shí)現(xiàn)“一芯多用”、動(dòng)態(tài)調(diào)頻，在尺寸、功耗與性能之間取得前所未有的平衡。

在實(shí)際測試中，該系統(tǒng)表現(xiàn)出驚人的性能一致性：全頻段內(nèi)通信質(zhì)量平滑穩(wěn)定，高端頻段未有衰減，大于120Gbps的傳輸速率已完全達(dá)到6G通信的峰值指標(biāo)要求。此外，該芯片還展現(xiàn)出強(qiáng)大的“環(huán)境智能”：當(dāng)某一頻段受到干擾或阻塞時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)、自動(dòng)跳頻至清晰頻段，始終保持通信暢通無阻。

這項(xiàng)技術(shù)的意義遠(yuǎn)超高速傳輸本身。這種全頻段重構(gòu)的解決方案將催生更靈活、智能的AI無線網(wǎng)絡(luò)，有望重塑未來無線通信格局。它為真正意義上的“AI原生網(wǎng)絡(luò)”奠定了硬件基礎(chǔ)，可通過內(nèi)置算法動(dòng)態(tài)調(diào)整通信參數(shù)，應(yīng)對復(fù)雜電磁環(huán)境。同時(shí)，也是通信—感知一體化系統(tǒng)的理想載體，使得未來基站和車載設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，能精準(zhǔn)感知周圍環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)“通信即感知”。從產(chǎn)業(yè)角度看，這項(xiàng)突破將強(qiáng)力拉動(dòng)寬頻帶天線、光電集成模塊等關(guān)鍵部件升級，帶來從材料、器件到整機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的全鏈條變革。

下一步，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃推進(jìn)激光器、光電探測器和天線的一體化單片集成，目標(biāo)是做出像U盤一樣“即插即用”的智能通信模組，可嵌入從手機(jī)、移動(dòng)基站到無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的任何終端中。這項(xiàng)研究有望成為下一代無線通信技術(shù)革命的技術(shù)引擎，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的協(xié)同創(chuàng)新與跨越式發(fā)展。