Оптоволоконним кабелем можна передавати до 100 разів більше інформації! Щоб встигати за розвитком технологій передачі даних, дослідники працюють над методами, які повинні передавати світловому сигналу додаткову інформацію. Вчені вже знають, як це втілити в життя.
Цифри вражають: у 2017 році, як повідомила корпорація мережевого обладнання Cisco, трафік комп'ютерних мереж світу становитиме 1,4 зетабайтів або 1.400.000.000.000.000.000.000 байт. Основна причина різкого зростання трафіку у тому, що інформаційні магістралі передають все більше інтернет-телебачення та інтернет-телефонії. «Для того, щоб впоратися з комунікацією майбутнього, ми повинні в декілька разів збільшити потужність передачі даних», – пояснює Йоганн Петер Райтмаєр, один з директорів Інституту наноструктурних технологій та аналітики (INA) в Університеті Касселя.
Над багатомільйонним проектом збільшення продуктивності існуючого волоконно-оптичного кабелю у працюють 60 дослідницьких груп на території уього ЄС. «Наша ціль - досягти потужності трафіку у петабіт за секунду», – розповідає Райтмайєр. – Насамперед це стосується кабелів під океанами, оскільки там було б вкрай дорого прокласти додаткові лінії». Петабіт дорівнює 10^12 бітів або 125 більйонів байт.
Основна мета проекту - навчитися закодовувати у світловий сигнал більше інформації, ніж раніше. Дотепер механізмом передачі даних була модуляція інтенсивності світлового сигналу. Простіше кажучи, якщо сигнал сильний, його зчитують як 1, якщо слабкий - як 0. Один світлопровід може передавати до 100 гігабіт за секунду, а зараз паралельно проводять до 1 000 світлопроводів, тобто до 10 терабіт інформації. Здається, що це неймовірно багато, однак все ж недостатньо, якщо враховувати, що окремі комп'ютери за раз можуть відправити або отримати до 10 гігабіт на секунду.
За допомогою «когерентних зв'язків» науковці можуть всередині довжин хвилі зміщувати фази, щоб встановити певну визначену відстань між кінцями хвилі. Якщо отримувач здатний зчитувати цю відстань, тоді довжину фазового відхилення можна використовувати як додаткову інформацію.
Але існують й інші можливості: амплітуду та висоту хвилі можна також модулювати. У сучасних мобільних мережах (UMTS, LTE) фаза та амплітуда хвиль вже змодульовані, а в оптоволоконних передавачах ця технологія ще не апробована. Маніпулюючи поляризацією електромагнітної хвилі, тобто модулюючи вектори напруження електричного поля у просторі, вчені також зможуть закодувати у неї додаткову інформацію.
Райтмаєр і його команда вже зробили перший крок на шляху до реалізації цієї концепцій: вони розробили лазерний чіп, який може зчитувати такі додаткові показники. Для цього група Райтмаєра використала крихітний, розміром в кілька нанометрів кристал, так звану «квантову точку», що може змінювати свої властивості залежно від параметів світлового сигналу у оптоволоконному кабелі. «Чим більше квантових точок, тим більше додаткової світлової інформації можна зчитати », – каже Райтмаєр.
Райтмаєр з колегами вже створила перший тестовий чіп, який зараз випробовують. «Перші результати дуже обнадіюють», – тішаться науковці.