Im August 2025 haben Wissenschaftler um Xingjun Wang von der Universität Peking einen Chip vorgestellt, der in der Lage ist, eine stabile Kommunikation über neun Frequenzbänder aufrechtzuerhalten. Das System deckt eine nie da gewesene Bandbreite von mehr als 100 Gigahertz in Rekordgeschwindigkeit ab. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift »Nature«. 

Die drahtlose Kommunikation steht vor einigen technischen Hürden: So erfordert der zunehmende Datenstrom immer höhere Übertragungsgeschwindigkeiten. Dabei sind die Frequenzbänder, mit denen die Signale senden, jedoch begrenzt, und verschiedene Technologien arbeiten in unterschiedlichen Frequenzregionen. Für eine nahtlose Kommunikation untereinander sind daher Systeme nötig, die hochfrequente Signale erzeugen und diese auf verschiedene Frequenzen umwandeln können. Wang und seine Kollegen nahmen sich dieser Herausforderungen an und erreichten mit dem neuen Chip eine Bandbreite zwischen 500 Megahertz und 115 Gigahertz.

Damit umfasst er nicht nur fast das gesamte Spektrum der modernen Kommunikationstechnik, sondern erschließt auch neue Frequenzen im hohen Gigahertzbereich. Über lange Distanzen hinweg, wie beim Rundfunk, verpackt man die gesendeten Informationen in Radiowellen, die mit Frequenzen von einigen bis hunderte Megahertz ausstrahlen. Prinzipiell gilt: je größer die Bandbreite, desto schneller die Übertragung der gesendeten Daten. Daher arbeiten Anwendungen, die große Datenmengen versenden, im hochfrequenten Teil des Spektrums, den sogenannten Mikrowellen. Sie nutzen Frequenzen im Gigahertzbereich. Dadurch haben Technologien wie WLAN, GPS oder Mobilfunk einen Zugang zu breiteren Frequenzbändern und damit höheren Übertragungsraten.

Um erstmals eine Bandbreite von über 100 Gigahertz abzudecken, nutzten die Fachleute dünne Filme aus Lithiumniobaten (englisch: thin-film lithium niobate, kurz TFLN). Das sind Kristalle, die sich durch ihre optischen Eigenschaften besonders gut für die Bearbeitung elektromagnetischer Signale eignen. Das dünnere Material führt zu einem geringeren Signalverlust. Dadurch erreichen sie im Gegensatz zu herkömmlichen Lithiumniobaten Bandbreiten, die bis zu Terahertzfrequenzen anschließen. 

Aus den TFLN bauten die Forschenden ein System, das Frequenzen im Mikrowellenspektrum vielfältig modulieren kann, und integrierten es auf einem Chip. Dessen Komponenten setzten sich zum einen aus sogenannten elektrooptischen Modulatoren zusammen, die niederfrequente Wellen in höherfrequente Mikrowellensignale umwandeln können. Zum anderen modulieren »optoelektrische Oszillatoren« hochfrequente Mikrowellensignale in niedrigere Frequenzen. Dadurch erreichten die Wissenschaftler eine Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 100 Gigabits pro Sekunde. Mit dieser Bitrate übertrafen sie die bisherige theoretische Grenze von 5G um das Zehnfache.

Diese Geschwindigkeiten sind in der Lage, enorme Datenmengen, die beispielsweise von künftigen KI-Systemen ausgehen, ultraschnell und drahtlos zu verarbeiten. Die Chiparchitektur macht damit einen Schritt hin zur sechsten Generation der Kommunikationstechnologie und könnte ein neues Zeitalter der drahtlosen Kommunikation eröffnen.