פריצת דרך מדעית: גבולות הסיב האופטי

מאת פולין ריגבי

מדענים ממעבדות בל חישבו את הגבולות התיאורטיים של נפח התקשורת האפשרי בסיבים אופטיים והסיקו כי עוד ארוכה הדרך עד שמערכות התקשורת האופטיות יאפשרו מעבר נפח גדול בהרבה מזה הנמצא בשימוש היום. התוצאות פורסמו אתמול בירחון "נייצ'ר".

פרתה מיטרה, החוקר הראשי במאמר שהתפרסם, אומר כי עבודתו מצביעה על הדרך למחקר נוסף בעתיד שיראה אילו גישות עשויות לבוא כנגד המגבלות הפיסיקליות היסודיות. היא גם תסייע למהנדסים הנדרשים להתוות את המודלים המסובכים של מערכות - DWDM - dense wavelength-division multiplexing.

בניגוד ליצרניות הציוד, הפיסיקאים מודדים את נפח התקשורת של סיב ביחידות ביטים להרץ - רוחב פס ספקטרלי. כדי לחשב את הנפח בג'יגביט לשנייה יש להכפיל את המספר ברוחב הפס של המערכת (ביחידות של הרץ).

מיטרה ושותפו למחקר ג'ייסון סטארק חישבו ומצאו כי הגבול התיאורטי שמציבות התכונות הפיסיקליות של סיב אופטי במערכת תקשורת הוא 3 ביט/הרץ. זה תואם לעומס של 150 טרביט לשנייה על סיב יחיד, בהנחה שהסיב יכול לשאת אותו באורכי גל של 1,260-1,620 ננומטר.

הגבולות התיאורטיים גדולים בהרבה

מיטרה מציין כי כל המערכות האופטיות הקיימות מוגבלות לתחום של 1 ביט/הרץ. זה מכיוון שהן מקודדות נתונים בעזרת מפתח פשוט "on" ו-"off", המייצגים ביטים על ידי קיומו או העדרו של אור. "הראינו שהגבולות התיאורטיים גדולים בהרבה מכך", הוא אומר. "פירושו של דבר שאם נשנה את שיטת האיפנון, אפשר יהיה להכניס יותר נתונים לסיב ממה שחשבו שאפשרי".

והבשורות הרעות? למרות שמעבדות בל אומרות שיש עוד הרבה מקום בסיב, יידרשו טכנולוגיות חדשות - איפנונים מורכבים יותר וגלאים קוהרנטיים, המודדים גם את העוצמה וגם את הפאזה של האות הנכנס - כדי למלא אותו.

מעטים חולקים על המסקנה הבסיסית של המחקר - שהסיבים הם בעלי נפח גדול בהרבה ממה שנמצא בשימוש היום. זו מסקנה פשוטה. מה שחדש הוא העובדה שהחוקרים הצליחו לכמת את עודף הנפח הקיים.

אפקט מסיבת הקוקטייל

הנוסחה הקלסית של חישוב נפח תקשורת, הידועה בשם תיאוריית שאנון, חוזה כי הנפח יגדל באופן בלתי מוגבל ככל שעוצמת האות גדלה. הסיבה לכך היא שהיחס בין האות לרעש (הקבוע ברמתו) משתפר.

במציאות, ישנן תופעות מוזרות, "בלתי לינאריות" שנכנסות למשוואה, ויוצרות רעש נוסף בעוצמות אופטיות גבוהות. מיטרה קורא לזה "אפקט מסיבת הקוקטייל". "אם כולם מדברים בבת אחת, תיאלצו להרים את קולכם כדי להישמע, ואם כולם מרימים את קולם, לא תוכלו לשמוע דבר". זה בערך מה שקורה בין ערוצים שונים באותו סיב, המיוצרים על ידי מערכות DWDM.

מקור התופעות הלא-לינאריות הוא העובדה הבלתי צפויה כי מהירות האור בתוך הסיב תלויה בעוצמתו של האור. (זיכרו, מהירות האור קבועה רק בריק). תופעה זו מתרחשת במיוחד במערכות DWDM, בהן נדחסים הרבה ערוצי נתונים לאותו סיב, ויוצרים עוצמה אופטית כוללת גבוהה.

"אנשים ידעו כי התופעות הלא-לינאריות עושות משהו, אבל לא יכלו למדוד אותן בדיוק", אומר מיטרה.

מיטרה וסטארק הצליחו לכלול את התופעות הלא-ליאריות בחישובים, בפעם הראשונה. מדוע זה לא נעשה קודם? פשוט מכיוון שנדרשה מתמטיקה יצירתית כדי להקטין את מספר המשוואות כך שניתן יהיה לפתור אותן בשיטה אנליטית.

הכותב/ת נמנה/ית על צוות הכתבים ו/או בעלי הטורים של אתר TheStreet.com. המידע המובא אינו מהווה בשום אופן המלצה לרכוש או למכור מניות