Wissenschaftler stellen mit einem optischen Chip einen neuen Geschwindigkeitsrekord im Internet auf

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Mit einem chipbasierten optischen Frequenzkamm übertrugen Forscher in einer einzigen Sekunde fast das Doppelte des weltweiten Internetverkehrs.

In einer neuen Forschung haben Wissenschaftler die konventionelle Telekommunikation mit einem Chip, der in einer einzigen Sekunde fast doppelt so viel Datenverkehr senden kann wie das gesamte Internet, in die Luft gesprengt und damit einen Geschwindigkeitsrekord für die Datenübertragung aufgestellt. Die Forscher sagen, dass nur eine Lichtquelle und ein optischer Chip zusammenarbeiten können, um einen „Frequenzkamm“ zu erzeugen, der atemberaubende Datenübertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht. Wie kann die gleiche winzige Ansammlung von Rohstoffen, nämlich Silizium, hergestellt werden?—Was haben wir bereits in unseren Heimcomputern und unserer Infrastruktur – solche höheren Geschwindigkeiten zu erzeugen?

Der neue Chip wurde von Forschern der Universität Kopenhagen, der Technischen Universität Dänemark (DTU), der Technischen Universität Chalmers in Schweden und dem japanischen Unternehmen Fujikura Ltd. hergestellt. Ihr Artikel erscheint in Nature Photonics.

„Wir demonstrieren experimentell die Übertragung von 1,84 Pbit s–1 über eine 37-Kern-Faser mit einer Länge von 7,9 km unter Verwendung von Kanälen mit 223 Wellenlängen, die von einem einzelnen Mikrokamm-Ringresonator abgeleitet wurden und einen stabilisierten Dunkelpuls-Kerr-Frequenzkamm erzeugen“, schreiben die Autoren.

Okay, hier gibt es viel auszupacken. Die schlagzeilenträchtige Statistik ist hier jedoch die Geschwindigkeit: 1,84 Petabit oder, wie New Atlas es erklärt, „fast das Doppelte des weltweiten Internetverkehrs pro Sekunde“. 1- bis 10-Gigabit-Heim-Internetverbindungen sind derzeit der Spitzenreiter in der Verbrauchertechnologie, und ein Petabit entspricht einer Million Gigabit. Die Autoren des Papiers sagen, dass Glasfasern – glasbasierte Kabel, die die größten Bandbreiten des Internetverkehrs übertragen – der Schlüssel zur globalen Kommunikation in der Zukunft sind, aber unsere derzeitige Technologie wird irgendwann an ihre Grenzen stoßen.

Erinnern Sie sich an die früheste Telekommunikation, wie den Morsecode, der über Telegrafenleitungen übermittelt wurde? Alles, was folgte, hat die gleiche grundlegende Grundmechanik: Ein und Aus, 0 und 1, Raum und Nicht-Raum. Der „optische“ Teil der Glasfaser besteht darin, dass sie der Träger für extrem schnelle Lichtblitze ist. Und ein Frequenzkamm, eine der fortschrittlichsten Methoden, um die kleinsten und vorhersehbarsten Lichtblitze zu senden, ist ein natürlicher Klassenbester.

Was ist ein Frequenzkamm? Das National Institute of Standards and Technology (NIST) der US-Regierung erklärte im Rahmen einer aktuellen eigenen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature erscheint: „[Ein] Frequenzkamm ist eine Art Laser, dessen Licht aus vielen genau definierten Frequenzen besteht.“ kann genau gemessen werden. Betrachtet man das Spektrum des Lasers auf einem Display, fällt jede Frequenz wie ein Kammzahn auf, was der Technologie ihren Namen gibt.“

Frequenzkämme werden üblicherweise zur präzisen Messung von Zeit und Entfernung verwendet und die Anwendungen reichen von Atomuhren bis hin zu Teleskopen.

Doch das von der Universität Kopenhagen geleitete Team nutzt genau dieses Licht auf eine neue Art und Weise, um eine erstaunliche Datenmenge zu übertragen. Der optische Chip erzeugt einen Frequenzkamm, der den Laser in das gesamte Lichtspektrum aufteilt und „Hunderte“ unterschiedlicher Frequenzen oder Farben erzeugt, heißt es in einer Pressemitteilung der DTU. Die Forscher können dann Daten für jede dieser separaten Farbwellenlängen kodieren.

Ein Chip könnte 1.000 Laser ersetzen, die derzeit in der Faseroptik verwendet werden, und das gesamte System energieeffizienter machen.

Die Infrastruktur eines Computernetzwerks verzweigt sich in immer kleinere Strukturen, was mit einer Nachteil: Jede Rückschaltung in „Rohrgröße“ bringt einen Übergabepunkt und andere Hardware mit sich. Das heißt, jeder große Fortschritt in einem bestimmten Teil der Computertechnologie muss mit ähnlich großer Vorsicht betrachtet werden. Sie können nicht einfach einen Weltrekord-Computerchip in unser bestehendes System einbauen. Wenn Sie jemals versucht haben, einen alternden Computer zu retten, indem Sie beispielsweise neuen RAM oder eine neue Grafikkarte installiert haben, haben Sie möglicherweise eine schwierige Lektion über die ganzheitliche Natur von Computern gelernt.

Die Forscher stellten diesen neuen Geschwindigkeitsrekord bei der Datenübertragung auch mit „Spezialkabeln“ auf, was bedeutet, dass ihre Technologie noch lange nicht infrastrukturreif ist – es handelt sich hierbei um wissenschaftliche Forschung, nicht um eine Verbrauchermesse. Aber das National Institute of Information and Communications Technology hat kürzlich den Internet-Geschwindigkeitsrekord für Standardkabel gebrochen, was bedeutet, dass die Technologie im Gegensatz zum Frequenzkamm-Chip problemlos mit der bestehenden Infrastruktur kompatibel wäre.

Aber dieser Rekord könnte die Landschaft der Telekommunikation in Zukunft noch verändern. Und das in Kopenhagen ansässige Forschungsteam sagt, dass sie nicht einmal bei 1,84 Petabits pro Sekunde Halt machen. Sie glauben, dass sie mit dem richtigen Setup einen einzigen Chip aufbauen können, der 100 Petabits pro Sekunde übertragen kann. Das ist das Hundertfache des heutigen weltweiten Internetverkehrs pro Sekunde. Machen Sie sich bereit, denn Ihre ununterbrochenen Zoom-Meetings werden viel reibungsloser verlaufen.

Caroline Delbert ist Autorin, begeisterte Leserin und Redakteurin bei Pop Mech. Außerdem ist sie eine Liebhaberin von fast allem. Zu ihren Lieblingsthemen gehören Kernenergie, Kosmologie, Mathematik alltäglicher Dinge und die Philosophie des Ganzen.

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