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Dies ist ein Durchbruch epischen Ausmaßes, denn ein einziger Chip hat einen neuen Datenübertragungsrekord von 1,8 Petabyte pro Sekunde aufgestellt. Ein Petabyte entspricht 1.000 Terabyte oder etwa 500 Milliarden Seiten gedruckten Standardtextes. Die gesamte Library of Congress könnte in einer einzigen Sekunde 100 Mal übertragen werden. Die Auswirkungen auf die weltweite Digitalisierung sind unvorstellbar. ⁃ TN-Redakteur
Ein internationales Forscherteam der Technischen Universität Dänemark (DTU) und der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden, hat schwindelerregende Datenübertragungsgeschwindigkeiten erreicht und ist das erste weltweit, das mehr als 1 Petabit pro Sekunde (Pbit/s) mit nur einem einzigen Laser und einem einzigen optischen Chip übertragen kann.
1 Petabit entspricht 1 Million Gigabit.
In dem Experiment gelang es den Forschern, 1,8 Pbit/s zu übertragen, was dem Doppelten des gesamten weltweiten Internetverkehrs entspricht. Und das nur mit dem Licht einer einzigen optischen Quelle. Die Lichtquelle ist ein speziell entwickelter optischer Chip, der das Licht eines einzigen Infrarotlasers nutzen kann, um ein Regenbogenspektrum mit vielen Farben, d. h. vielen Frequenzen, zu erzeugen. So kann die eine Frequenz (Farbe) eines einzigen Lasers in einem einzigen Chip in Hunderte von Frequenzen (Farben) multipliziert werden.
Alle Farben sind in einem bestimmten Frequenzabstand zueinander fixiert – wie die Zähne auf einem Kamm -, weshalb er auch als Frequenzkamm bezeichnet wird. Jede Farbe (oder Frequenz) kann dann isoliert und zum Einprägen von Daten verwendet werden. Die Frequenzen können dann wieder zusammengesetzt und über eine optische Faser gesendet werden, um Daten zu übertragen. Sogar eine riesige Datenmenge, wie die Forscher herausgefunden haben.
Ein einziger Laser kann Tausende ersetzen
Die experimentelle Demonstration zeigte, dass ein einziger Chip problemlos 1,8 Pbit/s übertragen kann, wofür – mit den heutigen modernen kommerziellen Geräten – mehr als 1.000 Laser erforderlich wären.
Victor Torres Company, Professor an der Chalmers University of Technology, ist Leiter der Forschungsgruppe, die den Chip entwickelt und hergestellt hat.
„Das Besondere an diesem Chip ist, dass er einen Frequenzkamm mit idealen Eigenschaften für die faseroptische Kommunikation erzeugt – er hat eine hohe optische Leistung und deckt eine große Bandbreite innerhalb des Spektralbereichs ab, der für die fortgeschrittene optische Kommunikation interessant ist“, sagt Victor Torres Company.
Interessanterweise wurde der Chip aber nicht für diese spezielle Anwendung optimiert.
„Tatsächlich wurden einige der charakteristischen Parameter durch Zufall und nicht durch Design erreicht“, sagt Victor Torres Company. „Dank der Bemühungen meines Teams sind wir jetzt jedoch in der Lage, den Prozess rückgängig zu machen und mit hoher Reproduzierbarkeit Mikrokämme für Zielanwendungen in der Telekommunikation herzustellen.“
Enormes Potenzial zur Skalierung
Darüber hinaus erstellten die Forscher ein Rechenmodell, um das grundsätzliche Potenzial für die Datenübertragung mit einem einzigen Chip, der mit dem im Experiment verwendeten identisch ist, theoretisch zu untersuchen. Die Berechnungen zeigten ein enormes Skalierungspotenzial der Lösung.
Professor Leif Katsuo Oxenløwe, Leiter des Exzellenzzentrums für Silizium-Photonik für optische Kommunikation (SPOC) an der DTU, sagt:
„Unsere Berechnungen zeigen, dass wir mit dem einzigen Chip der Chalmers University of Technology und einem einzigen Laser bis zu 100 Pbit/s übertragen können. Der Grund dafür ist, dass unsere Lösung skalierbar ist – sowohl in Bezug auf die Erzeugung vieler Frequenzen als auch in Bezug auf die Aufteilung des Frequenzkamms in viele räumliche Kopien, die dann optisch verstärkt und als parallele Quellen für die Datenübertragung genutzt werden können. Obwohl die Kammkopien verstärkt werden müssen, verlieren wir nicht die Eigenschaften des Kammes, die wir für eine spektral effiziente Datenübertragung nutzen.“
Geringerer Stromverbrauch im Internet
Die Lösung der Forscher verheißt Gutes für den künftigen Stromverbrauch des Internets.
„Mit anderen Worten: Unsere Lösung bietet die Möglichkeit, Hunderttausende von Lasern in Internetknotenpunkten und Rechenzentren zu ersetzen, die alle Strom fressen und Wärme erzeugen. Wir haben die Möglichkeit, einen Beitrag zu einem Internet zu leisten, das einen kleineren Klima-Fußabdruck hinterlässt“, sagt Leif Katsuo Oxenløwe.
Auch wenn die Forscher in ihrer Demonstration die Petabit-Grenze für eine einzige Laserquelle und einen einzigen Chip durchbrochen haben, gibt es laut Leif Katsuo Oxenløwe noch einige Entwicklungsarbeit zu leisten, bevor die Lösung in unsere derzeitigen Kommunikationssysteme implementiert werden kann.
„Überall auf der Welt wird daran gearbeitet, die Laserquelle in den optischen Chip zu integrieren, und auch wir arbeiten daran. Je mehr Komponenten wir in den Chip integrieren können, desto effizienter wird der gesamte Sender sein. D.h. Laser, Kamm-Erzeugungschip, Datenmodulatoren und alle Verstärkerelemente. Es wird ein extrem effizienter optischer Sender für Datensignale sein“, sagt Leif Katsuo Oxenløwe.