5G только-только стал развиваться в некоторых странах, и его главные преимущества — это более высокая скорость передачи данных и большая емкость сети, что важно с учетом развития устройств интернета вещей. Все это стало возможным благодаря использованию миллиметровых волн.
Они имеют гораздо более высокие частоты (до пары десятков гигагерц), чем 2G, 3G и 4G, и это вынудило операторов переосмыслить принципы развертывания сетей 5G. Причина в том, что более высокая частота несущей позволяет передавать больше данных за единицу времени, но при этом сигнал затухает гораздо быстрее, и теперь приходится располагать базовые станции гораздо ближе друг к другу.
И хотя 5G только начал свое развитие, и очевидно что новое поколение будет постоянно развиваться и улучшаться, инженеры уже задумываются от 6G. Самая простая идея, которую можно использовать — это продолжить увеличивать частоту, и тем самым автоматически будет расти и скорость передачи данных. Но куда это нас приведет? Как в таком случае будут устроены 7G и 8G? И в какой момент эта экстраполяция на будущие поколения беспроводных сетей больше не будет иметь физического смысла?
Конечно, не стоит рассматривать информацию ниже даже как предположение. Это просто описание того, как будет выглядеть связь на более высоких частотах. Разумеется, будущие поколения сотовой связи будут стремиться к увеличению емкости сети и скорости, но исследователи будут разрабатывать и совершенствовать новые методы, чтобы получить больше пользы от тех же частот.
Так, например, уже существует технология агрегации частот, которая позволяет продвинутым смартфонам использовать сразу несколько диапазонов LTE и получать скорости в несколько сотен мегабит в секунду. Кто знает, что будет в будущем — возможно, ИИ будет «рулить» спектром частот, или придумают кардинально новый способ передачи данных. Ну а мы рассмотрим только чистую физику: увеличение частоты.
6G — терагерцевые волны
Терагерцевые сканеры уже используют в аэропортах.
Каждое новое поколение сотовой связи разрабатывается далеко не один год, и ученые уже предлагают идеи для реализации 6G. Многие склоняются к тому, что этот стандарт будет исправлять недостатки 5G и даст улучшения на количественном уровне. Так, например, 1G открыл нам мобильную телефонию, а 2G улучшил ее и исправил недостатки.
3G дал нам быстрый доступ в интернет, а 4G снизил задержки и увеличил емкость сети. 5G даст нам полноценный интернет вещей и беспроводной AR/VR, а 6G, по предположению, опять же должен дать нам более высокие скорости и, возможно, объединение с Wi-Fi.
Самый простой способ увеличить скорость — это перейти к терагерцевым волнам, от 300 ГГц до 3 ТГц. Это на порядок выше, чем рабочие частоты 5G, что приводит к определенным проблемам: если для миллиметровых волн пятого поколения мобильной связи нужно расставлять передатчики каждые 150 метров, то 6G снизит это расстояние до 10 метров. Иными словами, вышки 6G будут натыканы как роутеры в квартирах, что потенциально приведет к исчезновению Wi-Fi.
Но, с другой стороны, это позволит увеличить скорости до тысячи раз: до 1 терабита в секунду. Для понимания этой величины — вы загрузите с помощью 6G Мстителей: Финал в 4К всего за 7.7 секунды.
Кстати, противники 5G, считающие, что излучение от вышек убивает нас, будут довольны: терагерцевые волны практически полностью останавливаются верхними слоями кожи, так что никакого негативного влияния на организм человека они не несут.
7G — ультрафиолет
С УФ-излучением мы встречаемся каждый день, будучи на Солнце. В солярии стоят именно такие лампы.
Но, вполне возможно, когда 6G получит активное распространение (а это, скорее всего, конец 2020-ых и начало 2030-ых), 4K уже будет устаревшим стандартом, и будет активно развиваться 8K с повышенной частотой кадров и в 3D. Так что по 6G с всего-то терабитом в секунду снова придется качать такие фильмы десятки минут или даже час — непорядок, так что продолжаем развивать мобильную связь.
Дальше на очереди — видимый свет, его частоты простираются от 400 до 750 ТГц. Очевидно, не самая лучшая кандидатура для передачи информации, так как в таком случае обмен данными в прямом смысле слова будет нам мешать видеть. Поэтому идем дальше, в сторону ультрафиолетового излучения.
Помните все тех же противников 5G? Вот тут они будут ликовать: если все поколения вплоть до 6G являются неионизирующими, то есть их беспокойства беспочвенные, 7G будет еще как ионизирующим. Ведь мы загораем на Солнце именно благодаря ультрафиолету. Поэтому каждая вышка сотовой связи в этом плане будет как миниатюрное Солнце, и активные пользователи смартфонов будут в лучшем случае черными от загара, а в худшем — серьезно повысится количество больных раком кожи.
Однако, вполне возможно, что в этом стандарте связи вышки будут посылать сигналы не в разные стороны, а формировать луч до устройства. С одной стороны, это серьезно снизит дальность (только прямая видимость), с другой — пользователи не будут облучаться почем зря.
Что касается скоростей, то это уже десятки петабит в секунду. Все те же Мстители: Финал в 4K скачаются всего за 400 миллисекунд.
8G — рентген
С рентгеновским излучением в больнице встречались, думаю, многие читатели, так что описывать его нет смысла.
Помните мобильные приложения с «рентгеном», которые позволяют раздевать людей при наведении на них камеры? Так вот, с 8G это станет реальностью. Дальше за ультрафиолетом последует рентген, то есть волны с частотами от 2 петагерц до 60 эксагерц (в этих числах от 15 до 19 нулей) и длинами от 0.005 до 100 нм.
И в данном случае распространение информации с помощью луча не поможет — придется облачаться в защитный костюм, чтобы не получить ожоги кожи, лучевую болезнь или рак. С учетом того, что уже сейчас многие люди «живут» в интернете, я не буду особо удивлен, если через пару-тройку десятилетий большинство пользователей действительно согласятся носить защитную одежду, только чтобы получить более быстрый доступ в сеть.
Что касается скоростей, то они покажутся вам фантастикой: сотни эксабит в секунду, время закачки Мстителей в 4К (если их тогда, конечно, еще будет кто-то смотреть и раздавать в таком низком качестве) — 25 наносекунд.
9G — гамма-излучение
Взрыв водородной бомбы — самый доступный нам источник гамма-излучения.
Ладно, все, что написано выше — конечно, фантастика, но вполне реальная. Терагерцевые сканеры используются в аэропортах для безопасного сканирования людей. Рентген используется в больницах для более глубокого сканирования — например, для получения снимка перелома. Но вот дальше рентгена по частотам идет гамма-излучение.
Его длины волн — десятитысячные доли нанометра, а частоты начинаются от десятка эксогерц. Единственный способ, который есть у человечества для создания такого излучения, это ядерный синтез. Короче говоря, при передаче информации с помощью «гаммы» будет использоваться такое же излучение, которое получается при взрыве водородной бомбы. К слову, оно же прилетает от взрывов сверхновых в далеком космосе (так называемые космические лучи).
Про какую-либо мобильную защиту от таких волн можно просто забыть: для того, чтобы вдвое ослабить такое излучение, потребуется свинцовый щит с толщиной в 2 сантиметра. А для ослабления хотя бы в сотню раз, до относительно безопасного уровня, толщину придется увеличить еще на порядок.
Зато скорости определенно порадуют: десятки зеттабит в секунду (21 нолик). Время закачки Мстителей уже не отражает такую величину, поэтому перейдем к большим масштабам: вы сможете загрузить весь объем данных человеческой цивилизации примерно за 3 секунды.
10G — финиш, гамма-лучи сверхвысоких энергий
Такие фотоны рождаются в очень редких катаклизмах галактического масштаба.
10G это конец. Если вы через полсотни лет на AliExpress найдете смартфон с поддержкой 11G — знайте, китайцы вас обманывают. Для этого поколения связи можно использовать гамма-лучи сверхвысоких энергий. Почему именно их? Да потому что физики пока не знают более высокочастотного излучения.
Очень редко из глубин космоса к нам прилетают настолько высокоэнергетические фотоны, что энергия каждого из них сравнима с пулей, выпущенной из пневматической винтовки. Так что при передаче данных с их помощью вам придется покупать смартфоны чаще, чем заряжать, ведь девайсы от такого обмена информацией будут разрушаться на физическом уровне. Кроме того, такие гамма-лучи имеют более чем достаточно энергии для того, чтобы разрушить ДНК, и укрыться от них в масштабах Земли практически нереально.
Что касается скорости... в общем, она будет квекбит в секунду. В СИ пока что официально даже нет такой приставки — все кончается на йотте с 24 нулями. В квекбите их 30. Такое значение просто невообразимо в масштабах нашего мира. Вы сможете играючи загружать всю информацию, собранную человечеством за все время существования, миллиарды раз в секунду. Про Мстителей даже заикаться нет смысла.
Вместо итогов
Конечно, все, описанное выше (кроме, возможно 6G) — чисто физика и не более того, и не стоит относиться к этому серьезно. Очевидно, что бездумное наращивание частот остановится куда раньше гамма-излучения и даже рентгена, и будут использоваться другие способы увеличения скорости. Но какие — покажет лишь будущее.
