重大突破：一條光纖的傳輸容量高達661Tbps

研究人員將全世界目前的光纖容量塞入到一條鏈路中。

社會對數據的渴求永無止境。事實上，想想這個就令人相當驚訝：平均的互聯網流量是每秒幾百兆兆位，耗電量約占我們發電量的8%。這一切用來傳輸貓咪即時拍視頻，我們對新的貓咪視頻的渴求顯然無法滿足，因此需要更多的容量和更多的電量。

然而，在擴增容量的同時能源需求并不繼續以同樣的速度增長就好了。研究人員已設法將數量異常多的信息編碼到單個激光器的光中，為實現這個目標邁出了堅實的一步。

擴增帶寬和功率的問題歸結為激光器及其低效率。好的激光器其效率約 30%。典型的電信激光器可能發射 20mW，因此每個激光器的功率至少是 70mW（放大器的能耗更多）。為了將更多的數據塞入到一條光纖中，數據被分配到不同顏色的光，這就叫波分復用（WDM）。遺憾的是，每種顏色都需要自己的激光器，這意味著能量成本隨帶寬而增加。

顏色眾多的激光器

研究人員從所有光通信系統開始的同一個地方入手：使用激光器。但是這種激光器不是發出很純的顏色，而是發出光脈沖。將許多很純的顏色疊加在一起，就能生成這些脈沖，顏色由大小均勻的頻隙分開來。

激光器本身并不生成好多這些顏色，因此研究人員使用一種技巧生成更多的顏色。光通過一根細細的導線（直徑約 300 納米）傳輸。直徑很小，于是光被壓縮，變得很亮。高強度使得組成導線的材料通過生成新顏色作出反應。訣竅在于，這些新顏色遵循激光器脈沖設置的間距。因此，從導線出來的光脈沖由成千上萬種很純的顏色組成。

這意味著單單一個激光器可以生成整個系統所需的全部 80 種顏色，這很棒。然而，研究人員還沒有完成全部工作。

塞入數據

激光器發射的光分成兩個偏振（偏振是指電場振蕩時的方向），所以每種顏色貢獻兩個信道。然后，由于激光器是脈沖的，可以將信息放入到四個不同的時隙中，這就叫時分復用（TDM）。因此，每種顏色的原始數據速率約 320Gbps。不過有 80 種顏色，這相當于 25Tbps。

研究人員依然沒有停下腳步。

傳輸信號的光纖由 30 個導光芯組成，這些導光芯外面裹以一個包層。這意味著每個芯都能夠以 25Tbps 的速率傳輸數據，從而使總容量達到 768Tbps。然而這是原始數據速率。數據傳輸時始終會有一些冗余，以便糾正錯誤，這就叫前向糾錯。一旦考慮到冗余，最終的數據傳輸速率為 661Tbps。

無論按哪個標準來衡量，這都是令人難以置信的數據量。

至于功率節省方面多顯著，我其實心里沒譜。每路數據流仍需要獨立的調制對數據進行編碼，因此這方面無法節省功率。然而，激光器本身發射的功率小于 90mW，這大約是每種顏色獨立發射時所耗用的光功率的5%。假設激光器有同樣的效率――這是一大假設，那么功率節省也就意味著電能節省。

可以想象，這有望在數據中心等環境大大節省能源。但是對于長距離連接而言，我懷疑主要的能源成本在放大器方面。話雖如此，無論你怎么看待，這都是了不起的技術成就。

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