Πώς οι σημερινές οπτικές ίνες “έπιασαν” τα 430.000 Gbps

Φανταστείτε να κατεβάζετε έναν «βαρύ» τίτλο παιχνιδιού όπως το Battlefield 6 (μεγέθους 80GB) ή δεκάδες ταινίες 4K σε λιγότερο από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου. Αυτή η ταχύτητα, που ξεπερνά ακόμη και την ταχύτητα με την οποία ανοιγοκλείνει το ανθρώπινο βλέφαρο, δεν απαιτεί πλέον εξωτικά πειραματικά καλώδια, αλλά επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας τις κοινές, τυπικές οπτικές ίνες που διατρέχουν ήδη τον πλανήτη.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Aston του Ηνωμένου Βασιλείου σε συνεργασία με το Εθνικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Πληροφοριών και Επικοινωνιών (NICT) της Ιαπωνίας, ανακοίνωσαν ένα νέο παγκόσμιο ρεκόρ μετάδοσης δεδομένων, αγγίζοντας τα 430 Terabits ανά δευτερόλεπτο (Tbps), δηλαδή 430.000 Gbps. Το επίτευγμα αυτό παρουσιάστηκε στο 51ο Ευρωπαϊκό Συνέδριο Οπτικών Επικοινωνιών στη Δανία και αποτελεί ορόσημο, όχι μόνο για το νούμερο καθαυτό, αλλά για τον τρόπο που επιτεύχθηκε.

Πέρα από τα όρια του φάσματος

Η καινοτομία της συγκεκριμένης έρευνας έγκειται στην αρχιτεκτονική της μετάδοσης. Σε αντίθεση με προηγούμενες απόπειρες που βασίζονταν σε ειδικά κατασκευασμένα καλώδια πολλαπλών πυρήνων (multi-core fibers) ή σε τεράστια αύξηση του εύρους ζώνης, η ομάδα των ερευνητών κατάφερε να αυξήσει την απόδοση χρησιμοποιώντας σχεδόν 20% λιγότερο συνολικό εύρος ζώνης σε σύγκριση με προηγούμενα ρεκόρ.

Το “μυστικό” βρίσκεται στην εκμετάλλευση μηκών κύματος που μέχρι πρότινος θεωρούνταν μη αξιοποιήσιμα ή “νεκρά” για τις τηλεπικοινωνίες. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τυπικές οπτικές ίνες μονής λειτουργίας (single-mode fiber) και εφάρμοσαν μια τεχνική που επιτρέπει την παράλληλη μετάδοση δεδομένων σε πολλαπλές λειτουργίες (modes).

Συγκεκριμένα, αξιοποίησαν τη λεγόμενη ζώνη O-band για μετάδοση τριών λειτουργιών ταυτόχρονα, ενώ οι θεμελιώδεις συχνότητες λειτούργησαν στις ζώνες E, S, C και L (ESCL bands). Με απλά λόγια, αντί να προσπαθήσουν να ανοίξουν “νέους δρόμους”, οι επιστήμονες βρήκαν τρόπο να φορτώσουν περισσότερα δεδομένα στις “λωρίδες κυκλοφορίας” που οι τρέχουσες υποδομές άφηναν ανεκμετάλλευτες.

Η αξία της υφιστάμενης υποδομής

Το πιο κρίσιμο στοιχείο αυτής της ανακάλυψης είναι η οικονομική και πρακτική της διάσταση. Σήμερα, υπάρχουν δισεκατομμύρια χιλιόμετρα τυπικών οπτικών ινών θαμμένα στο έδαφος και ποντισμένα στους ωκεανούς. Η αντικατάστασή τους με νέου τύπου καλώδια θα απαιτούσε δεκαετίες και αστρονομικά ποσά.

Η απόδειξη ότι οι υπάρχουσες ίνες “cutoff-shifted” μπορούν να μεταφέρουν πολύ περισσότερα δεδομένα από όσα αρχικά σχεδιάστηκαν, σημαίνει ότι οι πάροχοι τηλεπικοινωνιών (ISPs) θα μπορούσαν μελλοντικά να αναβαθμίσουν τις ταχύτητες του δικτύου τους αλλάζοντας μόνο τον εξοπλισμό στα άκρα (πομπούς και ενισχυτές), χωρίς να χρειαστεί να σκάψουν δρόμους για να περάσουν νέα καλώδια.

Αυτό διαφοροποιεί το συγκεκριμένο ρεκόρ από το προηγούμενο των 1,02 Petabits (Pbps) που είχε επιτύχει το NICT, το οποίο ναι μεν ήταν ταχύτερο, αλλά απαιτούσε ειδική ίνα με 19 πυρήνες, καθιστώντας το λιγότερο άμεσα εφαρμόσιμο σε εμπορική κλίμακα.

Ο κρίσιμος ρόλος για το 7G

Ενώ για τον μέσο χρήστη τα 430 Tbps ακούγονται υπερβολικά, η τεχνολογία αυτή είναι ζωτικής σημασίας για την έρευνα και την ανάπτυξη των ασύρματων δικτύων επόμενης γενιάς, και συγκεκριμένα του 7G.

Τα ασύρματα δίκτυα δεν λειτουργούν στο κενό· βασίζονται σε ένα ισχυρό ενσύρματο δίκτυο κορμού (backhaul) που μεταφέρει τα δεδομένα από τις κεραίες προς το κεντρικό δίκτυο. Καθώς οδεύουμε προς την εποχή του 6G και μετέπειτα του 7G, ο όγκος των δεδομένων που θα διακινούνται ασύρματα θα είναι τεράστιος. Χωρίς αντίστοιχη αύξηση της χωρητικότητας των ενσύρματων αγωγών που τροφοδοτούν τις κεραίες, τα ασύρματα δίκτυα θα αντιμετώπιζαν σοβαρά προβλήματα συμφόρησης.

Η δυνατότητα μετάδοσης τέτοιου όγκου πληροφορίας μέσα από συμβατικές ίνες ανοίγει τον δρόμο για την υποστήριξη εφαρμογών που απαιτούν μηδενική καθυστέρηση και τεράστιο bandwidth, όπως η ολογραφική επικοινωνία και το απτικό διαδίκτυο (tactile internet), τα οποία αποτελούν βασικούς στόχους της έρευνας για το 7G.

Ένα βήμα πιο κοντά στο μέλλον

Παρόλο που το ρεκόρ των 430 Tbps επιτεύχθηκε σε ελεγχόμενο εργαστηριακό περιβάλλον και η άμεση εμπορική διάθεση απέχει ακόμα, η σημασία του είναι αδιαμφισβήτητη. Αποδεικνύει ότι τα όρια της τεχνολογίας δεν καθορίζονται μόνο από το υλικό (hardware) που διαθέτουμε, αλλά και από την ευφυΐα με την οποία το διαχειριζόμαστε.

Η παγκόσμια υποδομή οπτικών ινών φαίνεται πως έχει ακόμη “καύσιμα” για να μας ταξιδέψει πολύ πιο μακριά από ό,τι πιστεύαμε, εξασφαλίζοντας ότι η ψηφιακή λεωφόρος του μέλλοντος είναι ήδη στρωμένη.