Новый рекорд по передаче данных

Используя один единственный источник света ученые установили новый мировой рекорд по передаче данных: скорость достигла 1,8 петабит в секунду. Этот метод передачи данных потребляет значительно меньше энергии и помогает снизить выбросы в атмосферу при использовании интернета.

Международная группа исследователей из Технического университета Дании (DTU) и Chalmers университет в Гетенборге (Швеция), добились головокружительных результатов в способе передачи данных. Команда стала первой в мире, продемонстрировавшей скорость передачи более 1 петабит в секунду, используя один лазер и один оптический чип.

1 петабит – это 1 млн гигабит.

1,8 петабит в секунду – это в два раза больше, чем весь глобальный интернет-трафик. Примечательно, что передача данных была выполнена с помощью одного оптического источника: специально разработанного оптического чипа , который использовал свет от одного инфракрасного лазера для создания радужного спектра многих цветов, то есть многочастотного спектра. Таким образом, одна частота (цвет) от одного лазера может быть мультиплицирована в сотни частот (цветов) в одном чипе.

Все цвета зафиксированы в спектре на определенном расстоянии друг от друга – как зубчики на расческе – поэтому спектр и называется оптическая частотная гребенка*. Каждый цвет (или частота) может быть изолирован и использован для «запечатывания» данных. Частоты можно после запечатывания данных вновь собрать и отправить по оптическому волокну, то есть осуществить передачу данных. Причем отправлять можно огромный объем данных.

* Оптическими частотными гребенками называют лазерные устройства с излучением, спектр которых разделен на множество узких спектральных линий, с равными частотными промежутками. Технически он основан на импульсном лазере, выстреливающем сверхкороткими импульсами через строго равные промежутки времени, задаваемые микроволновым источником с точной известной частотой. Если устройство на базе такой «гребенки» спектров сможет определить частоту одной (любой) линии анализируемого им излучения, то остальные получаются простым добавлением фиксированного частотного «зазора», заранее известного по шагу. Такие лазерные «линейки» очень эффективны для определения спектров везде — от оптических систем связи до спутниковой навигации, астрофизики и быстрого химического анализа.

Экспериментальная демонстрация показала, что один чип может легко передавать 1,8 пета бит в секунду, заменяя тысячу лазеров.

Victor Torres Company, профессор в Университете технологий, - глава исследовательской группы, которая разработала этот чип.

«Этот чип способен произвести частотную гребенку с идеальными параметрами для оптико-волоконных коммуникаций: у него высокая оптическая мощность и возможность применения при широкополосном интернете. Все это делает наш чип особенно привлекательным для современных телекоммуникаций».

Примечательно, что чип не был разработан для конкретного приложения.

«Фактически, многие выдающиеся параметры чипа были получены случайным образом, они не планировались изначально. Однако, наша команда теперь может достигнуть высокого уровня воспроизводимости микрогребней и применить их в нужных приложениях в телекоммуникации».

Исследователи создали вычислительную модель для теоретического изучения возможностей передачи данных с помощью одного чипа, идентичного тому, что использовался в эксперименте. Вычисления показывают огромный потенциал для масштабирования.

Профессор Leif Katsuo Oxenløwe, глава центра экспертизы кремниевой фотоники для оптический коммуникаций: «Наши вычисления показывают, что передача данных с нашим чипом может достигнуть скорости 100 петабит в секунду. Это возможно, так как решение масштабируемо: и с точки зрения создания множества частот и с точки зрения расщепления частотной гребенки на множество копий, а потом оптического усиления с целью использования их в параллельных источниках, которые передают данные. Хотя копии должны быть усилены, мы все же не теряем качество гребенки, используемой для эффективной передачи данных».

Найденное решение подходит для будущих планов по снижению энергопотребления интернета.

Leif Katsuo Oxenløwe: «Другими словами наше изобретение заменяет сотни тысяч лазеров, установленных в хабах передачи данных и дата центров, которые потребляют много энергии и выделяют тепло. Мы можем внести свой вклад в то, чтобы интернет способствовал меньшему углеродному следу».

Исследователям предстоит еще много работы для внедрения их решения в современные телекоммуникационные системы.

Leif Katsuo Oxenløwe: «Во всем мире ведется работа по интеграции лазерных источников в оптические чипы, и мы достигли хороших результатов. Чем больше компонентов мы интегрируем в чип, тем эффективнее будет передатчик данных. Например, среди компонентов: лазер, чип, основанный на гребенке, модули данных и множество усиливающих компонентов. Мы создаем самый эффективный оптический передатчик данных».

Ссылка на статью: https://www.dtu.dk/english/news/all-news/new-data-transmission-record?id=213f1735-036d-44c9-b229-d25d74dd3f02

Ссылка на исследование: https://www.nature.com/articles/s41566-022-01082-z