جهشی فناورانه در زمینه فیبر نوری، محدودیتهای پیشین را درهم شکسته و به چیزی دست یافته که زمانی غیرممکن به نظر میرسید: انتقال داده با سرعت ۱.۰۲ پتابیت بر ثانیه – که برای دانلود ۳۰ باره تمام فیلمهای نتفلیکس کافی است – در مسافت ۱۸۰۸ کیلومتر، تنها با استفاده از یک فیبر نوری به نازکی تار موی انسان.
نقطه مرکزی این پیشرفت، که توسط مؤسسه ملی فناوری اطلاعات و ارتباطات ژاپن (NICT) و صنایع الکتریک سومیتومو محقق شده، یک فیبر نوری ۱۹ هستهای با قطر استاندارد ۰.۱۲۵ میلیمتر است. این فیبر به گونهای طراحی شده که بهطور یکپارچه در زیرساختهای موجود جای گیرد و نیاز به ارتقاءهای پرهزینه را از بین ببرد. هر هسته به عنوان یک کانال داده مستقل عمل میکند و در مجموع، یک “بزرگراه ۱۹ بانده” را در همان فضای فیبرهای تکهستهای سنتی تشکیل میدهد. برخلاف طرحهای چند هستهای قبلی که به فواصل کوتاه یا باندهای طول موج تخصصی محدود بودند، این فیبر به لطف آرایش هستهای بهینه شده، که افت سیگنال را تا ۴۰ درصد در مقایسه با مدلهای قبلی کاهش میدهد، به طور کارآمد در باندهای C و L (استانداردهای تجاری مورد استفاده در سطح جهانی) عمل میکند.
موفقیت این آزمایش به یک سیستم حلقه بازگرداننده پیچیده متکی بود. سیگنالها ۲۱ بار از یک قطعه فیبر ۸۶.۱ کیلومتری عبور کردند که شبیهسازی یک سفر بینقارهای معادل اتصال برلین به ناپل یا ساپورو به فوکوئوکا بود. برای حفظ یکپارچگی در این مسافت، محققان یک سیستم تقویتکننده نوری دو بانده را به کار گرفتند که شامل دستگاههای جداگانه برای تقویت سیگنالها در باندهای C و L بود. این امر ۱۸۰ طول موج متمایز را قادر ساخت تا به طور همزمان با استفاده از مدولاسیون 16QAM (روشی که اطلاعات بیشتری را در هر پالس فشرده میکند) دادهها را حمل کنند.
در بخش گیرنده، یک آشکارساز ۱۹ کاناله، همراه با پردازش پیشرفته MIMO (چند ورودی-چند خروجی)، تداخل بین هستهها را تجزیه و تحلیل کرد، بسیار شبیه به باز کردن ۱۹ مکالمه همپوشانی در یک اتاق شلوغ. این پردازشگر سیگنال دیجیتال، با بهرهگیری از الگوریتمهایی که طی یک دهه تحقیق در زمینه چند هستهای توسعه یافتهاند، دادههای قابل استفاده را با نرخهای بیسابقهای استخراج کرد و در عین حال اعوجاجهای انباشته شده در طول ۱۸۰۸ کیلومتر را تصحیح کرد.
این دستاورد اوج سالها پیشرفت تدریجی است. در سال ۲۰۲۳، همین تیم به سرعت ۱.۷ پتابیت بر ثانیه دست یافتند، اما تنها در مسافت ۶۳.۵ کیلومتر. تلاشهای قبلی با استفاده از فیبرهای ۴ هستهای به ۰.۱۳۸ پتابیت در مسافت ۱۲۳۴۵ کیلومتر با بهرهگیری از باند S که کاربردیتر نبود، رسیدند، در حالی که فیبرهای ۱۵ حالته به دلیل ویژگیهای انتشار نامتناسب با اعوجاج سیگنال فراتر از ۱۰۰۱ کیلومتر دست و پنجه نرم میکردند. طراحی هسته یکنواخت فیبر ۱۹ هستهای جدید، این مسائل را دور میزند و به ظرفیت-فاصله تولید ۱.۸۶ اگزابیت بر ثانیه در هر کیلومتر دست مییابد – ۱۴ برابر بیشتر از رکوردهای قبلی برای فیبرهای استاندارد.
این کار که به عنوان برترین مقاله پسا-مهلت در OFC 2025 در سانفرانسیسکو ارائه شد، در زمانی صورت میگیرد که پیشبینی میشود ترافیک جهانی داده تا سال ۲۰۳۰ سه برابر شود.
با وجود چالشهایی مانند بهینهسازی کارایی تقویتکنندهها و مقیاسبندی پردازش MIMO برای استفاده در دنیای واقعی، این فناوری مسیر قابل قبولی را برای شبکههای مقیاس پتابیت ارائه میدهد. محققان قصد دارند تکنیکهای تولید را برای استقرار انبوه اصلاح کنند، که به طور بالقوه کابلهای فرااقیانوسی را قادر میسازد تا حجم اطلاعاتی معادل کل مراکز داده را در هر ساعت منتقل کنند. مهندسان صنایع الکتریک سومیتومو، که معماری هستههای کوپل شده فیبر را طراحی کردهاند، اشاره میکنند که خطوط تولید موجود میتوانند با حداقل بازآرایی، برای تولید طرح ۱۹ هستهای سازگار شوند. در همین حال، تیم NICT در حال بررسی پردازش سیگنال مبتنی بر هوش مصنوعی برای افزایش بیشتر سرعت است. با ظهور 6G و محاسبات کوانتومی، این پیشرفت، فیبر نوری را نه تنها به عنوان ستون فقرات اینترنت فردا، بلکه به عنوان سیستم عصبی مرکزی یک زیرساخت سیارهای فوقمتصل قرار میدهد.