1.84Pb/s, dua kali ganda jumlah lebar jalur Internet global: satu laser mencapai rekod penghantaran data terpantas

Kadang-kadang, orang menggambarkan kecekapan rangkaian sebagai "tidak sebaik mengangkut cakera keras dengan trak": Amazon AWS mempunyai perkhidmatan yang dipanggil kereta salji, yang sebenarnya menggunakan trak kontena dan boleh memindahkan 100Pb pada satu-satu masa. Jumlah data yang dihantar oleh pemacu kilat USB yang besar ini adalah besar, tetapi ia juga memberitahu kita dari aspek lain bahawa terdapat kesesakan yang besar dalam penghantaran data rangkaian.

Baru-baru ini, Pasukan penyelidik dari Universiti Teknikal Denmark (DTU) dan Universiti Teknologi Chalmers di Gothenburg, Sweden, mencapai kecekapan penghantaran data tertinggi setakat ini , dan Ia merupakan penyelidikan pertama di dunia untuk mencapai penghantaran lebih daripada 1 petabit sesaat (Pbit/s) menggunakan hanya satu laser dan satu cip optik.

Dalam eksperimen itu, para penyelidik mencapai kadar penghantaran 1.8 Pbit/s dalam jarak 7.9 kilometer hanya menggunakan satu sumber cahaya - 1 Petabit bersamaan dengan 125,000 Gigabait Menurut sesetengah pihak anggaran, Purata lebar jalur internet yang digunakan di seluruh dunia ialah kira-kira 1 Pbit/s, jadi ia hampir dua kali lebih pantas daripada lebar jalur global.

Sukar untuk menerangkan betapa pantasnya 1.84 Pbit/s - sambungan internet rumah biasanya beberapa ratus megabit sesaat, dan jika anda bernasib baik, 1 gigabit atau 10 gigabit bit , tetapi petabit ialah satu juta gigabit. Kelajuan pemindahan data ini jauh melebihi rekod sebelumnya iaitu 1.02 Pbit/s yang ditetapkan pada Mei tahun ini.

Sumber cahaya dipancarkan oleh cip optik yang direka khas yang boleh menggunakan cahaya daripada laser inframerah tunggal untuk mengeluarkan berbilang warna spektrum pelangi, iaitu berbilang frekuensi. Oleh itu, satu frekuensi (warna) daripada satu laser boleh didarabkan kepada beratus-ratus frekuensi (warna) dalam satu cip. Semua warna ditetapkan pada jarak frekuensi tertentu, dan setiap warna diasingkan antara satu sama lain - seperti gigi pada sikat - jadi ia dipanggil sikat frekuensi. Akhirnya, semua frekuensi dihantar melalui gentian optik, dengan itu menghantar data.

Ganti beribu-ribu

dengan satu laser Demonstrasi eksperimen menunjukkan bahawa satu cip boleh membawa kelajuan 1.8Pbit/s dengan mudah, mencapai kelajuan 1.8Pbit. /s mengikut peralatan komersil terkini yang terkini. Tahap sedemikian memerlukan beribu-ribu laser.

Profesor Victor Torres dari Universiti Teknologi Chalmers ialah ketua pasukan penyelidik yang membangunkan dan mengeluarkan cip itu. Apa yang istimewa tentang cip ini, kata Victor Torres, ialah ia menghasilkan sikat frekuensi dengan sifat ideal untuk komunikasi gentian optik - kuasa optik yang sangat tinggi dan liputan lebar jalur yang luas di kawasan spektrum yang diminati untuk komunikasi optik lanjutan.

Pemodelan sistem komunikasi.

Menariknya, cip tidak dioptimumkan untuk aplikasi khusus ini. "Malah, beberapa parameter ciri dicapai secara kebetulan dan bukannya reka bentuk, " kata Victor Torres. "Bagaimanapun, dengan usaha pasukan itu, kami kini mempunyai keupayaan untuk merekayasa terbalik dan mencapai mikrocomb yang boleh dihasilkan semula untuk aplikasi sasaran dalam bidang telekomunikasi."

Selain itu, penyelidik mencipta A model pengiraan telah dibangunkan untuk menyiasat secara teori potensi asas penghantaran data menggunakan cip tunggal yang sama yang digunakan dalam eksperimen. Keputusan pengiraan menunjukkan bahawa penyelesaian penskalaan mempunyai potensi yang besar.

Profesor Leif Katsuo Oxenløwe, ketua Pusat Kecemerlangan Komunikasi Optik Silicon Photonics DTU (SPOC), berkata: "Pengiraan kami menunjukkan bahawa satu cip dihasilkan di Universiti Teknologi Chalmers dan laser A. mampu menghantar kelajuan sehingga 100 Pbit/s Sebabnya ialah penyelesaian kami boleh skala, kedua-duanya dari segi mencipta berbilang frekuensi, tetapi juga dari segi membelah sikat frekuensi kepada banyak salinan spatial dan kemudian secara optik menguatkannya mereka sebagai sumber selari untuk menghantar data, walaupun salinan sikat frekuensi mesti dikuatkan, tanpa kehilangan kualitinya, kami menggunakannya untuk penghantaran data yang cekap secara spektrum 🎜>

Proses menambah maklumat pada pembawa elektronik atau optik isyarat dan menukar data kepada gelombang radio dipanggil "modulasi." Dalam proses ini, ciri gelombang cahaya digunakan, seperti:

• Amplitud (ketinggian/kekuatan gelombang);
• Fasa ("irama" gelombang, yang mungkin membuat gelombang lebih awal atau lebih lambat daripada ketibaan yang dijangkakan);
• Polarisasi (arah perambatan gelombang).

Dengan menukar sifat ini, anda boleh mencipta isyarat. Isyarat ini boleh ditukar kepada 1 atau 0 dan dengan itu dieksploitasi sebagai isyarat data.

Dalam kajian, aliran data dipecahkan kepada 37 wayar, setiap satu dihantar bersama benang optik berbeza dalam kabel. Setiap satu daripada 37 talian data dibahagikan kepada 223 blok data, sepadan dengan kawasan berbeza dalam spektrum "sisir data". Dalam erti kata lain, para saintis mencipta sistem "transmisi data berganda-ganda spatial dan panjang gelombang secara besar-besaran". Pemisahan berbilang ini meningkatkan daya pemprosesan data berpotensi yang disokong oleh kabel gentian optik.

Menguji dan mengesahkan lebar jalur 1.84 Pb/s bukanlah tugas yang mudah - tiada komputer yang boleh memproses data sebanyak itu serta-merta, dan storan tidak mungkin. Pasukan penyelidik menggunakan data palsu pada saluran individu untuk mengesahkan kapasiti lebar jalur penuh, dan setiap saluran telah diuji secara individu untuk memastikan data yang diterima sepadan dengan data dihantar.

Cip fotonik boleh membelah satu laser kepada banyak frekuensi, dan beberapa pemprosesan diperlukan untuk mengekod data optik bagi setiap satu daripada 37 aliran optik data. Menurut penyelidik, peranti pemprosesan cahaya yang padat dan berfungsi sepenuhnya boleh dibina sebesar kotak mancis. Ini sama saiznya dengan peranti penghantaran laser monokromatik yang kini digunakan dalam industri telekomunikasi.

Kadar pemindahan data yang dicapai (segitiga merah) berbanding teori Throughput (titik biru).

Kurangkan penggunaan tenaga Internet

Dengan teknologi ini, kita boleh menggunakan infrastruktur kabel gentian optik yang sama seperti yang kita lakukan sekarang, hanya menggunakan yang sama volum foton Peranti cip menggantikan pengekod/penyahkod data optik asal, yang dijangka meningkatkan lebar jalur data berkesan sebanyak 8251 kali.

Selain kelajuan yang sangat tinggi, penyelidikan baharu boleh membantu mengurangkan penggunaan tenaga Internet.

"Penyelesaian kami berpotensi untuk menggantikan ratusan ribu peranti optik yang terletak di tengah-tengah Internet dan di pusat data, yang kesemuanya menggunakan sejumlah besar kuasa dan menjana haba . Kami mempunyai peluang untuk membantu mengurangkan kos Internet menyumbang kepada jejak karbon industri," kata Leif Katsuo Oxenløwe, salah seorang pengarang kertas itu.

Walaupun penyelidik memecahkan pencapaian skala petabyte untuk satu sumber laser dan satu cip dalam demonstrasi, masih terdapat beberapa kerja pembangunan sebelum penyelesaian itu boleh dilaksanakan dalam komunikasi semasa kami sistem Untuk dilakukan.

"Pada masa ini, dunia sedang berusaha keras untuk menyepadukan sumber laser ke dalam cip optik. Lebih banyak komponen yang boleh kami sepadukan ke dalam cip, lebih cekap keseluruhan pemancar, memancarkan Peranti termasuk laser, cip keluaran frekuensi sikat, modulator data dan sebarang komponen penguat Ia akan menjadi pemancar optik yang sangat cekap bagi isyarat data," kata Leif Katsuo Oxenløwe.

Penyelidikan ini diterbitkan dalam terbitan terbaru Nature Optik.

Pautan kertas: https://www.nature.com/articles/s41566-022-01082-z

Atas ialah kandungan terperinci 1.84Pb/s, dua kali ganda jumlah lebar jalur Internet global: satu laser mencapai rekod penghantaran data terpantas. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!