Недавно разработанное физиками оптическое волокно обеспечивает безопасную передачу данных даже после скручивания или изгиба
Группа физиков из Университета Бата разработала новый тип волокна, предназначенный для повышения надежности оптоволоконных сетей. Эта надежность может оказаться особенно важной в наступающем веке квантовых сетей.
Оптические волокна являются основой наших современных информационных сетей. От дальней связи через Интернет до высокоскоростной передачи информации в центрах обработки данных и на фондовых биржах оптическое волокно остается критически важным в нашем глобализированном мире. Однако оптоволоконные сети структурно несовершенны, и передача информации может быть нарушена, когда что-то пойдет не так.
Команда изготовила оптические волокна (гибкие стеклянные каналы, по которым передается информация), которые могут защитить свет (среду, через которую передаются данные), используя математику топологии. Лучше всего то, что эти модифицированные волокна легко масштабируются, а это означает, что структура каждого волокна может сохраняться на протяжении тысяч километров.
Защита света от беспорядка
В простейшем случае оптическое волокно, диаметр которого обычно составляет 125 мкм (похоже на толстую прядь волос), состоит из сердцевины из твердого стекла, окруженной оболочкой. Свет проходит через ядро, где он отражается, как если бы отражался от зеркала.
Однако путь, по которому проходит оптическое волокно, когда оно пересекает ландшафт, редко бывает прямым и ненарушенным: повороты, петли и изгибы являются нормой. Искажения в волокне могут привести к ухудшению качества информации при ее перемещении между отправителем и получателем.
«Задача заключалась в том, чтобы построить сеть, учитывающую надежность», — сказал аспирант физики Натан Робертс, который руководил исследованием.
«Всякий раз, когда вы изготавливаете оптоволоконный кабель, неизбежно присутствуют небольшие изменения в физической структуре волокна. При развертывании в сети волокно также может скручиваться и изгибаться. Один из способов противодействия этим вариациям и дефектам заключается в обеспечении того, чтобы процесс проектирования волокна включал в себя реальное внимание к надежности. Именно здесь мы нашли идеи топологии полезными».
Чтобы спроектировать это новое волокно, команда Бата использовала топологию, которая представляет собой математическое исследование величин, которые остаются неизменными, несмотря на постоянные искажения геометрии. Его принципы уже применяются во многих областях физических исследований. Связывая физические явления с неизменяющимися числами, можно избежать разрушительного воздействия неупорядоченной среды.
Волокно, разработанное командой Bath, реализует топологические идеи за счет включения в волокно нескольких светопроводящих жил, соединенных вместе по спирали. Свет может прыгать между этими ядрами, но благодаря топологическому дизайну оказывается в ловушке на краю. Эти краевые состояния защищены от беспорядка в структуре.
Физик доктор Антон Суслов, который был соавтором исследования в качестве руководителя теории, сказал: «При использовании нашего волокна свет меньше подвержен влиянию беспорядка окружающей среды, чем в эквивалентной системе без топологического дизайна. "
«Применяя оптические волокна с топологической конструкцией, исследователи получат инструменты для упреждения и предотвращения эффектов, ухудшающих сигнал, путем создания изначально надежных фотонных систем. ”