Επιστήμονες στη Δανία και τη Σουηδία κατάφεραν μετάδοση δεδομένων μέσω οπτικών ινών με ταχύτητα 1,84 petabits ανά δευτερόλεπτο

Μια διεθνής ομάδα ερευνητών από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας (DTU) και το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers στο Γκέτεμποργκ της Σουηδίας πέτυχαν ιλιγγιώδεις ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων και είναι οι πρώτοι στον κόσμο που κατάφεραν να μεταδώσουν πάνω από 1 petabit ανά δευτερόλεπτο (Pbit/s) χρησιμοποιώντας μόνο ένα λέιζερ και ένα οπτικό τσιπ.

Στο πείραμα, οι ερευνητές κατάφεραν να μεταδώσουν 1,8 Pbit/s, που αντιστοιχεί στο διπλάσιο της συνολικής παγκόσμιας κίνησης στο Διαδίκτυο. Και μεταφέρεται μόνο με το φως από μία οπτική πηγή. Η πηγή φωτός είναι ένα ειδικά σχεδιασμένο οπτικό τσιπ, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιήσει το φως από ένα μόνο υπέρυθρο λέιζερ για να δημιουργήσει ένα φάσμα ουράνιου τόξου με πολλά χρώματα, δηλαδή πολλές συχνότητες. Έτσι, η μία συχνότητα (χρώμα) ενός μόνο λέιζερ μπορεί να πολλαπλασιαστεί σε εκατοντάδες συχνότητες (χρώματα) σε ένα μόνο τσιπ. Όλα τα χρώματα είναι σταθερά σε μια συγκεκριμένη απόσταση συχνότητας μεταξύ τους - ακριβώς όπως τα δόντια σε μια χτένα - γι' αυτό και ονομάζεται χτένα συχνοτήτων. Κάθε χρώμα (ή συχνότητα) μπορεί στη συνέχεια να απομονωθεί και να χρησιμοποιηθεί για την αποτύπωση δεδομένων. Οι συχνότητες μπορούν στη συνέχεια να επανασυναρμολογηθούν και να σταλούν μέσω μιας οπτικής ίνας, μεταδίδοντας έτσι δεδομένα. Ακόμη και ένα τεράστιο όγκο δεδομένων, όπως ανακάλυψαν οι ερευνητές.

Η πειραματική επίδειξη έδειξε ότι ένα μόνο τσιπ μπορεί εύκολα να μεταφέρει 1,8 Pbit/s, κάτι που -με τον σύγχρονο σύγχρονο εμπορικό εξοπλισμό- θα απαιτούσε διαφορετικά περισσότερα από 1.000 λέιζερ. Ο Victor Torres Company, καθηγητής στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers, είναι επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας που ανέπτυξε και κατασκεύασε το τσιπ.

"Το ιδιαίτερο σε αυτό το τσιπ είναι ότι παράγει μια χτένα συχνοτήτων με ιδανικά χαρακτηριστικά για επικοινωνίες οπτικών ινών - έχει υψηλή οπτική ισχύ και καλύπτει ένα ευρύ εύρος ζώνης στη φασματική περιοχή που είναι ενδιαφέρουσα για προηγμένες οπτικές επικοινωνίες", λέει ο Victor Torres Company.

Είναι ενδιαφέρον ότι το τσιπ δεν βελτιστοποιήθηκε για τη συγκεκριμένη εφαρμογή.

"Στην πραγματικότητα, ορισμένες από τις χαρακτηριστικές παραμέτρους επιτεύχθηκαν από σύμπτωση και όχι από σχεδιασμό", λέει ο Victor Torres Company. "Ωστόσο, με τις προσπάθειες της ομάδας μου, είμαστε πλέον σε θέση να αντιστρέψουμε τη διαδικασία και να επιτύχουμε με υψηλή αναπαραγωγιμότητα μικροκυψέλες για στοχευμένες εφαρμογές στις τηλεπικοινωνίες".

Επιπλέον, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα υπολογιστικό μοντέλο για να εξετάσουν θεωρητικά τις θεμελιώδεις δυνατότητες μετάδοσης δεδομένων με ένα μόνο τσιπ πανομοιότυπο με αυτό που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα. Οι υπολογισμοί έδειξαν τεράστιες δυνατότητες κλιμάκωσης της λύσης. Ο καθηγητής Leif Katsuo Oxenløwe, επικεφαλής του Κέντρου Αριστείας για τα φωτονικά πυριτίου για οπτικές επικοινωνίες (SPOC) στο DTU, αναφέρει:

"Οι υπολογισμοί μας δείχνουν ότι -με το τσιπ που κατασκευάστηκε από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers και ένα μόνο λέιζερ- θα είμαστε σε θέση να μεταδώσουμε έως και 100 Pbit/s. Ο λόγος γι' αυτό είναι ότι η λύση μας είναι κλιμακούμενη -τόσο από την άποψη της δημιουργίας πολλών συχνοτήτων όσο και από την άποψη της διάσπασης της χτένας των συχνοτήτων σε πολλά χωρικά αντίγραφα και στη συνέχεια της οπτικής ενίσχυσης τους και της χρήσης τους ως παράλληλες πηγές με τις οποίες μπορούμε να μεταδώσουμε δεδομένα. Παρόλο που τα αντίγραφα του χτενιού πρέπει να ενισχυθούν, δεν χάνουμε τις ιδιότητες του χτενιού, τις οποίες αξιοποιούμε για τη φασματικά αποδοτική μετάδοση δεδομένων".

Η λύση των ερευνητών είναι καλός οιωνός για τη μελλοντική κατανάλωση ενέργειας του Διαδικτύου.

"Με άλλα λόγια, η λύση μας παρέχει τη δυνατότητα αντικατάστασης εκατοντάδων χιλιάδων λέιζερ που βρίσκονται σε κόμβους του Διαδικτύου και κέντρα δεδομένων, τα οποία καταβροχθίζουν ενέργεια και παράγουν θερμότητα. Έχουμε την ευκαιρία να συμβάλουμε στην επίτευξη ενός Διαδικτύου που αφήνει μικρότερο κλιματικό αποτύπωμα", λέει ο Leif Katsuo Oxenløwe.

Παρόλο που οι ερευνητές έσπασαν το φράγμα των petabit για μία μόνο πηγή λέιζερ και ένα μόνο τσιπ στην επίδειξή τους, υπάρχει ακόμα αρκετή δουλειά ανάπτυξης μπροστά μας προτού η λύση εφαρμοστεί στα σημερινά μας συστήματα επικοινωνίας, σύμφωνα με τον Leif Katsuo Oxenløwe.

"Σε όλο τον κόσμο γίνονται εργασίες για την ενσωμάτωση της πηγής λέιζερ στο οπτικό τσιπ, και εργαζόμαστε και εμείς πάνω σε αυτό. Όσο περισσότερα εξαρτήματα μπορούμε να ενσωματώσουμε στο τσιπ, τόσο πιο αποδοτικός θα είναι ολόκληρος ο πομπός. Δηλαδή λέιζερ, τσιπ δημιουργίας "χτένας", διαμορφωτές δεδομένων και τυχόν στοιχεία ενισχυτή. Θα είναι ένας εξαιρετικά αποδοτικός οπτικός πομπός σημάτων δεδομένων", λέει ο Leif Katsuo Oxenløwe.