德國(guó)的研究人員測(cè)試了一種新的高速數(shù)據(jù)傳輸方式

德國(guó)的研究人員測(cè)試了一種新的高速數(shù)據(jù)傳輸方式，這種方式可以將連接速度提高5倍甚至更多。在該原型技術(shù)中，激光仍然是信息的載體，但0和1是根據(jù)光束中的振蕩偏振而不是其強(qiáng)度進(jìn)行編碼的。

這項(xiàng)新技術(shù)也可以在室溫下工作，而且比光強(qiáng)法消耗的能量更少——光強(qiáng)法中，“1”由明亮的激光脈沖表示，而“0”則是由暗淡的激光脈沖或根本沒(méi)有激光脈沖來(lái)表示。

相反，通過(guò)激光偏振傳輸數(shù)據(jù)，則需要將“1”編碼為左旋圓偏振光脈沖，而“0”則編碼為右旋圓偏振光脈沖。

激光偏振方法若能擴(kuò)展到實(shí)驗(yàn)室之外，將可能減輕數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器機(jī)群的冷卻壓力和降低能耗。

根據(jù)研究人員的計(jì)算，這種基于偏振的數(shù)據(jù)傳輸方法可以達(dá)到每秒240千兆比特的數(shù)據(jù)傳輸速度，同時(shí)，相比于傳統(tǒng)的每秒25千兆比特的基于光強(qiáng)的方法，產(chǎn)生的熱量只為其7%左右。

德國(guó)波鴻大學(xué)（RUB）光子學(xué)和太赫茲技術(shù)系主任Nils Gerhardt說(shuō)：“通常情況下，通過(guò)加大激光的抽運(yùn)力度，可以提高傳輸速度，這就自動(dòng)意味著你要消耗大量電力并產(chǎn)生大量熱量。這對(duì)今天的服務(wù)器機(jī)群來(lái)說(shuō)是一個(gè)大問(wèn)題。但是我們概念中的帶寬并不依賴(lài)于功耗。即使在低電流下，我們也有相同的帶寬?！?/p>

Gerhardt的研究團(tuán)隊(duì)本月在Nature上發(fā)表了他的研究成果（此前他們?cè)陬A(yù)印本平臺(tái)arXiv上發(fā)布了一份初稿），其文章標(biāo)題為“Ultrafast spin-lasers”。迄今為止，他們只在實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)發(fā)了一個(gè)概念驗(yàn)證系統(tǒng)。目前的技術(shù)也有一個(gè)很長(zhǎng)的背景故事。自1997年以來(lái)，研究人員一直在研究某些半導(dǎo)體激光器中的電子自旋與其激光偏振的關(guān)系。

然而，直到最近幾年，相關(guān)技術(shù)融合在一起才使數(shù)據(jù)傳輸速度超過(guò)了基于光強(qiáng)的激光器提供的最快速度。

照片來(lái)源：RUB / Kramer

例如，在2016年，Gerhardt的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了文章介紹了他們技術(shù)的早期版本，早期版本的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了44GHz偏振調(diào)制——潛在地可轉(zhuǎn)化為每秒44千兆比特的數(shù)據(jù)傳輸速度。這接近于當(dāng)前階段基于光強(qiáng)的技術(shù)的已知的速度極限（估計(jì)在每秒40到50千兆比特之間）。

另一方面，不要把傳統(tǒng)的方法一筆勾銷(xiāo)?；诠鈴?qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸可能還有其他方式可以在數(shù)百千兆比特/秒的領(lǐng)域進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。但是正如Gerhardt及論文合著者所指出的，即使是像“鎖模半導(dǎo)體激光二極管”和“量子級(jí)聯(lián)激光器”這樣的奇特技術(shù)，也還沒(méi)有證明基于光強(qiáng)的激光器能提供遠(yuǎn)高于100千兆比特這一閾值的數(shù)據(jù)傳輸速度。

相比之下，Gerhardt的團(tuán)隊(duì)估計(jì)，每秒240千兆比特可能只是達(dá)到更高數(shù)據(jù)傳輸速度的一個(gè)臺(tái)階。例如，他們的論文討論了基于砷化鎵的半導(dǎo)體激光器，理論上可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)每秒500千兆比特的偏振數(shù)據(jù)傳輸速度。

當(dāng)然，證明該技術(shù)可以在現(xiàn)實(shí)世界中而不僅僅是在實(shí)驗(yàn)室中奏效，是重要的下一步工作。

Gerhardt說(shuō)：“Google、Facebook或Amazon建立的每個(gè)新服務(wù)器機(jī)群都需要更高的帶寬和更低的能耗。特別是，互連的速度目前是一個(gè)限制因素?！?/p>

他說(shuō)，他們團(tuán)隊(duì)正在測(cè)試的技術(shù)更適合于數(shù)據(jù)中心或服務(wù)器機(jī)群中的節(jié)點(diǎn)之間的互連，而不是用于互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)（它需要的是經(jīng)過(guò)更多時(shí)間考驗(yàn)的、能夠可靠地傳輸高容量的數(shù)據(jù)的技術(shù)）。

事實(shí)上，他們?nèi)栽谠噲D弄清楚如何來(lái)回調(diào)制圓偏振來(lái)實(shí)現(xiàn)高速率、高可靠性和可重復(fù)的數(shù)據(jù)傳輸。（目前，他們?cè)诓黄茐碾娐钒宓那闆r下，通過(guò)物理彎曲電路板，實(shí)現(xiàn)了一些巧妙的高速偏振調(diào)制。對(duì)于數(shù)據(jù)中心的任務(wù)關(guān)鍵型硬件而言，這更像是一種不靠譜的實(shí)驗(yàn)室把戲，而非生產(chǎn)工藝。）

Gerhardt說(shuō)：“目前，這只是一個(gè)概念。在我們制造出你可以購(gòu)買(mǎi)的現(xiàn)成設(shè)備之前，我們還有很多研究要做，還有很多挑戰(zhàn)要去解決?！?/p>