Разработано новое сверхнадежное оптоволокно

Оптическое волокно служит основой современных информационных сетей. От дальней связи по интернету до высокоскоростной передачи информации в центрах обработки данных и на фондовых биржах — оптическое волокно остается критически важным в нашем мире.

Однако оптоволоконные сети не отличаются идеальной структурой, и передача информации может нарушаться, когда что-то  идет не так. Для решения этой проблемы физики из Университета Бата (Великобритания) разработали новый вид волокна, призванный повысить надежность сетей. Эта надежность может стать особенно важной в грядущую эпоху квантовых сетей.

Команда создала оптические волокна (гибкие стеклянные каналы, по которым передается информация), которые могут эффективно экранировать свет (среду, по которой передаются данные) от помех с помощью математических методов в топологии. Самое важное, что эти модифицированные волокна легко масштабируются, то есть структура каждого волокна может оставаться неизменной на протяжении тысяч километров.

Исследование опубликовано в последнем номере журнала Science Advances.

Защита света от помех

В самом простом виде оптическое волокно, диаметр которого обычно составляет 125 мкм (похоже на толстую прядь волос), состоит из сердцевины из твердого стекла, окруженной оболочкой. Свет проходит через сердцевину, где он отражается словно от зеркала.

Однако путь, который проходит оптическое волокно, пересекая ландшафт, редко бывает прямым и беспрепятственным: в порядке вещей повороты, петли и изгибы. Искажения в волокне могут привести к ухудшению качества информации при ее передаче от отправителя к получателю.

Задача заключалась в том, чтобы построить сеть с учетом ее надежности, — говорит аспирант физического факультета Натан Робертс, возглавлявший исследование.

При изготовлении волоконно-оптического кабеля неизбежно возникают небольшие отклонения в физической структуре волокна. При прокладке в сети волокно также может скручиваться и изгибаться. Один из способов борьбы с этими отклонениями и дефектами — обеспечить, чтобы в процессе проектирования волокна уделялось особое внимание прочности. Именно здесь ученым пригодились идеи топологии.

Для разработки нового волокна команда из Бата применила топологию, которая представляет собой математическое исследование величин, остающихся неизменными, несмотря на постоянные геометрические искажения. Ее принципы уже применяются во многих областях физических исследований. Связывая физические явления с неизменными числами, можно избежать разрушительного воздействия неупорядоченной среды.

Волокно, разработанное командой из Бата, включает нескольких световодных жил, соединенных вместе по спирали. Свет может перемещаться между этими сердцевинами, но благодаря топологическому дизайну оказывается в ловушке на краю. Эти краевые состояния защищены от хаоса в структуре.

Физик из Бата доктор Антон Суслов, который является соавтором исследования, сказал:

Благодаря нашему волокну свет меньше подвержен влиянию беспорядка в окружающей среде, чем если бы он был в эквивалентной системе, не имеющей топологического дизайна.

Используя оптические волокна с топологическим дизайном, исследователи получат инструменты для упреждения и предотвращения эффектов ухудшения сигнала путем создания надежных по своей природе фотонных систем.

На стыке теории и практики

Физик из Бата доктор Питер Мосли, соавтор исследования, сказал:

Ранее ученые применяли сложную математическую теорию топологии к свету, но здесь, в Университете Бата, у нас есть большой опыт физического создания оптических волокон, поэтому мы объединили математику с нашим опытом, чтобы создать топологическое волокно.

Команда, в которую также входят аспирант Гвидо Баардинк и доктор Джош Нанн с кафедры физики, теперь ищет партнеров из промышленной отрасли для дальнейшего развития своей концепции.

Мы очень хотим помочь людям создать надежные коммуникационные сети и готовы к следующему этапу этой работы, — сказал д-р Суслов.

Г-н Робертс добавил:

Мы показали, что можно создавать километры топологического волокна, намотанного на катушку. Мы представляем себе квантовый интернет, в котором информация будет надежно передаваться через континенты с использованием топологических принципов.

Он также отметил, что это исследование имеет последствия, выходящие за рамки сетей связи. Он сказал:

Разработка оптоволокна — это не только технологическая задача, но и захватывающая научная область сама по себе.

Понимание того, как создать оптическое волокно, привело к появлению источников света от яркого «суперконтинуума», который охватывает весь видимый спектр, до квантовых источников света, которые производят отдельные фотоны — отдельные частицы света.

Квантовое будущее

Ожидается, что квантовые сети будут играть важную технологическую роль в ближайшие годы. Квантовые технологии способны хранить и обрабатывать информацию более мощными способами, чем «классические» компьютеры, а также безопасно передавать сообщения по глобальным сетям без возможности шпионажа.

Однако квантовые состояния света, передающего информацию, легко подвержены влиянию окружающей среды, и потому важно найти способ их защиты. Эта работа может стать шагом к сохранению квантовой информации в волоконной оптике с помощью топологического дизайна.

10.01.2023


Подписаться в Telegram



Net&IT

Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр

В сериале Звездный путь: Следующее поколение к...

Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений
Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений

Квантовые системы, используемые в квантов...

Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек

Еще один балл в пользу искусственного инт...

Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее

Несколько лет назад исследователи Массачу...

Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам
Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам

Органические оптоэлектронные устройства, такие...

PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить
PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить

Атанасиос С. Фокас рассматривает актуальный во...

Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания
Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания

В новом исследовании, опубликованном 18 декабр...

Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей
Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей

Искусственный интеллект, разработанный для&nbs...

Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности
Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности

Ученые Рочестерского университета разработали ...

Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта
Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта

Многофункциональные компьютерные чипы эволюцио...

Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»
Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»

Стартовал отборочный этап Международного техно...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
APA: Молодые сотрудники чаще остальных страдают на работе от одиночества
APA: Молодые сотрудники чаще остальных страдают на работе от одиночества
Front. Aging Neurosci: Поведение в новом пространстве может подсветить деменцию
Front. Aging Neurosci: Поведение в новом пространстве может подсветить деменцию
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
С расстройствами пищевого поведения можно бороться силой мысли
С расстройствами пищевого поведения можно бороться силой мысли
Диспаритет женских и мужских карьер в STEM связан с женской мнительностью
Диспаритет женских и мужских карьер в STEM связан с женской мнительностью
Телескоп Уэбб снял столкновение астероидов в соседней звездной системе
Телескоп Уэбб снял столкновение астероидов в соседней звездной системе
EHJ-CI: Нарушенный кровоток может повредить стенку расширенной аорты
EHJ-CI: Нарушенный кровоток может повредить стенку расширенной аорты
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Journal of Experimental Psychology: General: Мы переоцениваем пользу неудачи
Journal of Experimental Psychology: General: Мы переоцениваем пользу неудачи
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным

Новости компаний, релизы

Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Астрономы СПбГУ узнали возраст одного из самых мощных метеорных потоков
Исследования ученых ТПУ помогут в разработке таргетных препаратов для эффективной терапии в онкологии
Зоологи выявили тенденцию к увеличению числа защитных роговых элементов на панцире морских черепах на острове Шри-Ланка
Российские ученые нашли способ повысить урожайность подсолнечника на 43% с помощью нового серосодержащего удобрения