Гребенки в Интернете

В современном Интернете данные передают в основном по оптическим волноводам, в которых курсирует лазерное излучение. Полезный информационный сигнал в передатчике модулирует излучение, а приемник его дешифрует. Однако сегодняшние технологии и оборудование уже близки к пределам и по размеру, и по скорости. Да и энергозатраты на Интернет вполне ощутимы.

Можно, конечно, увеличить количество каналов в волноводе и число лазерных источников. Но этот интенсивный путь решения проблемы быстро исчерпает себя. Нужны принципиально иные решения.

Частотные гребенки — это одна из прорывных технологий, позволяющих резко увеличить скорость и объем передачи данных. Ее идея состоит в том, что один инфракрасный лазерный диод с дополнительным электронно-оптическим чипом заменяет тысячи лазеров.

Чип представляет собой кольцевой резонатор. Это нелинейно оптический прибор из нитрида кремния. Он преобразует монохромное лазерное излучение в так называемую частотную гребенку, то есть набор излучений сотен частот, подобно зубцам гребенки следующих друг за другом с определенным частотным интервалом. Излучение каждой выходной частоты затем будет модулировано полезным сигналом.

Именно такой чип, который разработали и построили шведские ученые из Технологического университета Чалмерса под руководством профессора Виктора Торреса (Victor Torres), позволил установить новый мировой рекорд по скорости передачи данных. Теоретические расчеты для работы провели физики Технического университета Дании, которыми руководил профессор Лейф Кацуо Оксенлеве (Leif Katsuo Oxenløwe).

Исследователи экспериментально продемонстрировали передачу информации на расстояние в 7,9 км с помощью 223 частот через волновод с 37 каналами. Измеренная скорость передачи данных выражается единицей с пятнадцатью нулями, она равна 1,8 Петабит/сек. Это в тысячу раз больше, чем дают лучшие современные интернет-технологии, и в десять тысяч раз больше среднемировых скоростей.

Профессор Оксенлеве сообщил, что разработанный чип позволит достичь скоростей и в 100 Петабит/сек. Для этого придется увеличить число генерируемых им частот, а затем разделить излучение каждой частоты на множество копий, которые будут модулированы своими информационными сигналами.

Новая технология привлекательна тем, что резко снижает общее энергопотребление мировой сети, поскольку сильно уменьшает число необходимых ей лазеров, сотни тысяч которых установлены сегодня в узлах обработки и передачи данных. (Nature Photonics, 16, 798–802, 2022)