光纖通信速率破紀(jì)錄！每秒能傳1.84Pbit，2倍于全球互聯(lián)網(wǎng)總流量 | Nature子刊

alex 2022-10-27 14:42:17 來(lái)源：量子位

Alex 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

現(xiàn)在，光纖信息傳輸能快到什么程度？？

最新研究顯示，科學(xué)家們又在光纖通信的速度上取得了重大突破：

他們?cè)诩s8公里長(zhǎng)的光纖上，成功實(shí)現(xiàn)了1.84Pbit/s的傳輸速率。

每秒1.84Pbit，是個(gè)什么概念？

這相當(dāng)于每秒可以傳輸約236個(gè)1TB硬盤的數(shù)據(jù)；同時(shí)也相當(dāng)于NASA等重量級(jí)科研機(jī)構(gòu)專用網(wǎng)絡(luò)速度的20多倍。

Phys.org指出，這還相當(dāng)于目前全球互聯(lián)網(wǎng)總流量的2倍！

要知道，先前在今年5月份，光纖通信的速度才剛剛被刷新過(guò)一次，從每秒Tbit的量級(jí)上升到了Pbit量級(jí)——達(dá)到1.02 Pbit/s。

（1Pbit=1024Tbit）

而現(xiàn)在，這項(xiàng)紀(jì)錄再度被刷新，背后的團(tuán)隊(duì)來(lái)自丹麥哥本哈根大學(xué)和瑞典查爾姆斯理工大學(xué)。

值得注意的是，他們是世界上第一個(gè)僅用“單個(gè)激光器+單個(gè)光學(xué)芯片”，就實(shí)現(xiàn)每秒傳輸速度超過(guò)1Pbit的團(tuán)隊(duì)。

截至目前，相關(guān)成果論文已經(jīng)登上了Nature旗下的光學(xué)類頂刊：Nature Photonics。

這項(xiàng)成果在Hacker Newer社區(qū)上也引起了眾網(wǎng)友的關(guān)注。

有人激動(dòng)地表示：

這可能會(huì)引導(dǎo)出一種全新的緩存形式，數(shù)據(jù)將不斷圍繞著一圈光纖飛速傳播。

隨著相關(guān)光學(xué)傳感器越來(lái)普及、越來(lái)越越便宜，當(dāng)前未被使用的暗光纖將派上用場(chǎng)。

定制光學(xué)芯片，大幅提升傳播速度

本研究涉及的主要領(lǐng)域就是光纖通信。

在這里先來(lái)說(shuō)說(shuō)光纖通信系統(tǒng)基本組成，它包括：光發(fā)信機(jī)、光收信機(jī)、光纖、光纜，還有中繼器等。

而在此研究中，最值得拿來(lái)說(shuō)道說(shuō)道的，就是光發(fā)信機(jī)部分的光源。（光發(fā)信機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成）

研究人員專門設(shè)計(jì)定制出了一種光學(xué)芯片，它能把來(lái)自紅外激光器的光轉(zhuǎn)換成由許多顏色組成的彩虹光譜。

不同顏色光的頻率不同。

因此，經(jīng)此芯片處理后，單一激光的一個(gè)頻率（顏色）甚至可以變出上百種頻率（顏色）。

而且通過(guò)人為操控，這些新生成顏色的頻率差距都是固定的，很像梳子上的齒。

于是對(duì)這樣的光譜，人送稱號(hào)：光學(xué)頻率梳?(Frequency comb，簡(jiǎn)稱頻率梳）。

這個(gè)頻率梳有兩大明顯優(yōu)勢(shì)：

一是作為光波傳輸?shù)脑搭^，這些梳狀結(jié)構(gòu)很適合波分復(fù)用（WDM），數(shù)據(jù)會(huì)被調(diào)制到每個(gè)梳狀線上，然后被同時(shí)傳輸。

由于每個(gè)單色光之間的頻率和頻率差都是固定的，所以也不用擔(dān)心一下子傳這么多數(shù)據(jù)，會(huì)引起混亂。

而如果直接用單一激光二極管的陣列作為光源，不僅需要更多硬件，而且每個(gè)激光器的頻率容易隨機(jī)漂移，造成數(shù)據(jù)間的串?dāng)_。

其二，所有這些生成的光都是相干的，這使得不同通道之間還可以聯(lián)合進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

所以總而言之，用頻率梳充當(dāng)光源，不僅可以同時(shí)傳送多組互相不干擾的數(shù)據(jù)，而且還能聯(lián)合處理數(shù)字信號(hào)，最終大大加快了數(shù)據(jù)傳輸速率。

為了測(cè)試種方案的實(shí)際效果，研究者們?cè)谝粭l光纖上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

這條光纖長(zhǎng)7.9公里，有37芯、223個(gè)頻率通道。

研究人員對(duì)所得數(shù)據(jù)分析計(jì)算后得出，在這條光纖上的信息傳輸速率達(dá)到了1.84Pbit/s。

本文的共同一作，Oxenl?we教授指出：

這個(gè)解決方案是可擴(kuò)展的。

可以通過(guò)技術(shù)手段，創(chuàng)建更多頻率，而且可以在較小的副空間上先梳理不同的同頻，再將其進(jìn)行光學(xué)放大，有效解決存儲(chǔ)空間和傳輸效率的問(wèn)題。

研究團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介

本研究由丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯·玻爾研究所和丹麥技術(shù)大學(xué)（DTU）的團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的學(xué)者們也參與了研究。

尼爾斯·玻爾（量子理論創(chuàng)始人之一）研究所成立于1921年，目前的研究領(lǐng)域涉及天體物理學(xué)、生物物理學(xué)、電子科學(xué)，和量子物理學(xué)等。

論文的共同一作有3位，分別為：A. A. J?rgensen，和D. Kong和L. K. Oxenl?we。

L. K. Oxenl?we，現(xiàn)任丹麥技術(shù)大學(xué)光子通信技術(shù)教授，并兼任丹麥光通信用硅光子學(xué)（SPOC）研究中心的負(fù)責(zé)人。

1996年至2002年間，Oxenl?we先后在哥本哈根大學(xué)獲得了物理學(xué)以及天文學(xué)學(xué)士和理學(xué)碩士學(xué)位，后在丹麥技術(shù)大學(xué)獲得博士學(xué)位。

他的主要研究領(lǐng)域包括光纖通信、量子糾纏、量子計(jì)算等。

A. A. J?rgensen和D. Kong目前都是尼爾斯·玻爾研究所的研究員。

論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41566-022-01082-z
參考鏈接：
[1]https://newatlas.com/telecommunications/optical-chip-fastest-data-transmission-record-entire-internet-traffic/
[2]https://phys.org/news/2022-10-transmission-laser-optical-chip.html
[3]https://news.ycombinator.com/item?id=33315392