Visuomenės apetitas duomenims ir jų perdavimui – nepasotinamas. Kiekvieną sekundę internetu perduodama po kelis šimtus terabitų informacijos, o interneto infrastruktūra sunaudoja net 8 procentus visos pasaulyje pagaminamos elektros. Ir visa tai dėl meilių katinėlių vaizdo įrašų, kurių mes tiesiog negalime liautis žiūrėję. Dėl to beprotiškai auga ir elektros sąnaudos, rašo „Ars Technica“.

Bet juk būtų smagu, jeigu galėtume tokius pačius milžiniškus interneto duomenų kiekius perdavinėti neeikvodami tokio didelio elektros kiekio. Būtent tokio tikslo siekdami mokslininkai rado būdą viename lazerio spindulyje užkoduoti tiesiog beprotišką duomenų kiekį.

Ryšių kanalų pralaidumo ir elektros sąnaudų problema atsiremia į neefektyvumo klausimą. Gero lazerio naudingumo koeficientas yra apie 30 procentų. Tipinis telekomunikacijų pramonėje naudojamas lazeris gali skleisti 20 mW galią, vadinasi, jo sąnaudos yra bent 70 mW. O kur dar stiprintuvai, kurių energijos sąnaudos yra netgi didesnės. Norint į vieną optinį laidą sutalpinti daugiau informacijos, duomenys būna suskaidomi į skirtingas spalvas – tai vadinama bangų ilgių suskaidymu. Deja, kiekvienai atskirai spalvai reikalingas ir atskiras lazeris. O tai reiškia, kad norint auginti laido pralaidumą auga ir energijos sąnaudos.

Daugiaspalviai lazeriai

Naujausio tyrimo autoriai savo pastangas sumažinti energijos sąnaudas internetui pradėjo ten pat, kur prasideda visų optinių komunikacijų sistemos: nuo lazerio. Tačiau užuot sukūrę itin tikslios vienos spalvos lazerį, jie sugebėjo pagaminti tokią įrangą, kuri skleidžia šviesos impulsus. Šie impulsai generuojami sudedant labai daug grynos spalvos spindulių – šiuos spindulius vieną nuo kito skiria tikslaus diapazono tarpai.

Lazeris pats savaime didelės spalvų įvairovės generuoti nesugeba, tad mokslininkai sugalvojo gudrybę. Šviesa yra leidžiama per labai ploną (maždaug 300 nm skersmens) laidelį. Šis skersmuo yra toks mažas, kad šviesa yra labai sukoncentruojama, gaunamas itin siauras ir ryškus spindulys. Būtent didelis šviesos intensyvumas ir priverčia laidelį sudarančią medžiagą reaguoti į spindulį generuojant naujas spalvas. Ir geriausia yra tai, kad naujosios spalvos viena nuo kitos būna atskirtos tarpais, priklausančiais nuo lazerio impulso. Tad per kitą laido galą gaunami šviesos impulsai, sudaryti iš daugybės tūkstančių skirtingų, grynų spalvų.

Tai reiškia, kad vienas lazeris generuoja 80 skirtingų spalvų, reikalingų visai sistemai. Jau savaime tai yra nemenkas pasiekimas, tačiau mokslininkai dar savo darbo nebaigė.

Duomenų suspaudimas

Skleidžiama lazerio šviesa papildomai yra padalinta yra dvi skirtingas poliarizacijas (poliarizacija yra elektrinio lauko, kuriame svyruoja banga, orientacija), tad kiekviena spalva yra panaudojama dviejų duomenų kanalų pernašai. Tuomet, kadangi lazerio šviesa yra skleidžiama impulsais, informaciją galima padalinti į keturis skirtingus laiko tarpus. Taigi vienos grynos spalvos pakanka maždaug 320 Gbps spartai pasiekti, o kai lazeris generuoja 80 spalvų, maksimali sparta yra net 25 Tbps. Bet ir tai dar ne pabaiga.

Pluoštas, kuriuo perduodamas signalas, yra padalintas į 30 šviesą nukreipiančių šerdžių, esančių viename apvalkale. Tai reiškia, kad kiekviena šerdis geba duomenis perduoti 25 Tbps sparta, o pilnos gijos „talpa“ yra net 768 Tbps. Bet tai yra teorinė duomenų perdavimo sparta. Praktiškai informacijos pernašoje paliekama šiek tiek erdvės klaidų pataisymui – atėmus šią „atsargos erdvę“ lieka galutinė 661 Tbps sparta. O tai jau yra beprotiškai didžiulis skaičius.

Bet įvertinti energijos sutaupymą nėra taip paprasta. Mat kiekvienam informacijos srautui užkoduoti ir iškoduoti reikalingas nepriklausomas modemas ir čia jau daug energijos nepritaupysi. Tiesa, pats lazeris veikia mažesne nei 90 mW galia – visas spalvas generuojant nepriklausomai energijos sąnaudos turėtų būti apie 20 kartų didesnės. Todėl, laikantis prielaidos, kad ir šio lazerio naudingumo koeficientas yra panašus į paprastų lazerių, galima tikėtis ir bendrų elektros energijos sąnaudų mažėjimo.

Visą fizikų tyrimo ataskaitą rasite šiame puslapyje.

Komentarai (1)