Lys til at bryde båndbreddeloftet

Stigningen af ​​big data og fremskridt inden for informationsteknologi har alvorlige konsekvenser for vores evne til at levere tilstrækkelig båndbredde til at imødekomme den voksende efterspørgsel.

Andrew Forbes, fremtrædende professor ved Wits School of Physics og leder af Structured Light Laboratory, og samarbejdspartnere, ser på alternative kilder, der vil være i stand til at tage over, hvor traditionelle optiske kommunikationssystemer sandsynligvis vil fejle i fremtiden.

"Holdet demonstrerede over 100 lysmønstre, der blev brugt i en optisk kommunikationsforbindelse, potentielt øge båndbredden af ​​kommunikationssystemer med 100 gange, " siger Forbes.

Traditionelle optiske kommunikationssystemer modulerer amplituden, fase, polarisering, farve og frekvens af det lys, der transmitteres. På trods af disse teknologier, det forudsiges, at et båndbreddeloft vil blive nået i den nærmeste fremtid.

"Men lys har også et 'mønster' – lysets intensitetsfordeling – dvs. hvordan det ser ud på et kamera eller en skærm. Da disse mønstre er unikke, de kan bruges til at kode information, " forklarer han. "Fremtidig båndbredde kan øges med netop antallet af lysmønstre, som vi er i stand til at bruge. Ti mønstre betyder 10 gange stigning i eksisterende båndbredde, da der ville dukke 10 nye kanaler op til dataoverførsel."

I øjeblikket, moderne optiske kommunikationssystemer bruger kun ét mønster. Dette skyldes tekniske forhindringer i, hvordan man pakker information ind i disse lysmønstre, og hvordan man får informationen ud igen. Holdet viste datatransmission med over 100 lysmønstre, udnytter tre frihedsgrader i processen.

"Vi brugte digitale hologrammer skrevet til et lille flydende krystaldisplay og viste, at det er muligt at få et hologram kodet med over 100 mønstre i flere farver, " siger Forbes. "Dette er det højeste antal mønstre, der er oprettet og registreret på en sådan enhed til dato. Vi har effektivt vist, at pakning af mere information i lys har potentialet til at øge båndbredden med 100 gange."

Næste trin er at flytte ud af laboratoriet og demonstrere teknologien i et virkeligt system. Fremgangsmåden kan bruges i både frirum og optiske fibernet.

I en relateret undersøgelse, Forbes og hans kolleger Wits-fysikere demonstrerede, at fejlkorrektion i realtid i kvantekommunikation er mulig. "Dette har enorme konsekvenser for hurtig og sikker dataoverførsel i fremtiden og vil hjælpe teknologiske fremskridt, der søger at etablere mere sikre kvantekommunikationsforbindelser over lange afstande, " siger Forbes.

"I bund og grund, forskningen viser, at naturen nogle gange ikke kan kende forskel på kvanteverdenen og den klassiske (eller virkelige) verden, og at der eksisterer et gråt område mellem de to verdener, der kaldes 'klassisk sammenfiltring'. Ved at arbejde i dette grå område mellem det klassiske og kvante, vi kan vise hurtig og sikker dataoverførsel via links fra den virkelige verden."