فیبر نوری با استحکام بالاتر طراحی شد

فیزیکدانان دانشگاه باث انگلستان نوع جدیدی از فیبر نوری طراحی کرده اند که برای افزایش استحکام شبکه ها طراحی شده است.

به گزارش تکناک، این استحکام می تواند در عصر آینده به ویژه شبکه های کوانتومی مهم باشد.

فیبرهای نوری ستون فقرات شبکه های اطلاعاتی مدرن ما هستند. از ارتباطات دوربرد از طریق اینترنت گرفته تا انتقال اطلاعات با سرعت بالا در مراکز داده و بورس اوراق بهادارهمه از طریق فیبر نوری انجام می‌شود.

فیبر نوری در دنیای جهانی شده ما حیاتی است با این حال، شبکه‌های فیبر از نظر ساختاری بی‌نقص نیستند و در صورت بروز مشکل، انتقال اطلاعات به خطر می‌افتد.

این تیم برای حل مشکل فیبرهای نوری (کانال های شیشه ای انعطاف پذیری که اطلاعات از طریق آنها ارسال می شود) ساخته اند که می توانند با استفاده از ریاضیات توپولوژی از نور (وسیله ای که داده ها از طریق آن منتقل می شود) محافظت کنند. بهتر از همه، این فیبرهای اصلاح شده به راحتی مقیاس پذیر هستند، به این معنی که ساختار هر فیبر را می توان در طول هزاران کیلومتر حفظ کرد.

محافظت از نور در برابر اختلال

در ساده‌ترین حالت، فیبر نوری معمولاً دارای قطر 125 میکرومتر (مشابه تارهای ضخیم مو) است و شامل هسته‌ای از شیشه جامد است که با روکش احاطه شده. نور از میان هسته، جایی که گویی از آینه منعکس می شود عبور می کند.

با این حال، مسیری که فیبر نوری هنگام عبور از مناطق مختلف طی می کند، به ندرت مستقیم و بدون مزاحمت است. به عبارت دیگر چرخش ها، حلقه ها و خم ها عادی هستند. اعوجاج در فیبر می تواند باعث اختلال در ارسال اطلاعات در هنگام حرکت بین فرستنده و گیرنده شود.

ناتان رابرتز، دانشجوی دکترای فیزیک، که این تحقیق را رهبری می کرد، گفت: چالش ایجاد شبکه ای بود که استحکام را در نظر بگیرد.

زمانی که یک کابل فیبر نوری می سازید، تغییرات جزئی در ساختار فیزیکی فیبر به طور اجتناب ناپذیری وجود دارد. هنگامی که فیبر در یک شبکه مستقر می شود، می تواند پیچ خورده و خم شود. یکی از راه های مقابله با این تغییرات و نقص ها این است که اطمینان حاصل شود که فرآیند طراحی الیاف شامل تمرکز واقعی بر روی استحکام است. اینجاست که ما ایده های توپولوژی را مفید یافتیم.

برای طراحی این فیبر جدید، تیم باث از توپولوژی استفاده کرد، که مطالعه ریاضی کمیت هایی است که علیرغم اعوجاج های مداوم در هندسه بدون تغییر باقی می مانند. اصول آن در حال حاضر در بسیاری از زمینه های تحقیقات فیزیک اعمال می شود. با ارتباط دادن پدیده های فیزیکی به اعداد بدون تغییر، می توان از اثرات مخرب یک محیط بی نظم جلوگیری کرد.

فیبر طراحی شده توسط تیم باث، ایده های توپولوژیکی را با گنجاندن چندین هسته هدایت کننده نور در یک فیبر، که به صورت مارپیچی به هم متصل شده اند، به کار می گیرد. نور می تواند بین این هسته ها حرکت کند اما به لطف طراحی توپولوژیکی در لبه محبوس می شود. این حالت های لبه در برابر بی نظمی در ساختار محافظت می شوند.

دکتر آنتون سوسلوف، فیزیکدان از دانشگاه باث، که در رهبری مبانی تئوری این مطالعه نقش داشته است گفت: با استفاده از فیبر ما، نور کمتر تحت تأثیر اختلالات محیطی قرار می گیرد تا در سیستمی معادلی که فاقد طراحی توپولوژیکی باشد. در حقیقت، با استفاده از فیبرهای نوری با طراحی توپولوژیکی، محققان ابزارهای جدیدی برای مقابله با اثرات تخریب سیگنال خواهند داشت.

پیوستن تئوری به تخصص عملی

دکتر پیتر موزلی، فیزیکدان از دانشگاه باث، که این مطالعه نقش داشته است، گفت: پیش از این، دانشمندان ریاضیات پیچیده توپولوژی را برای نور به کار می بردند، اما در اینجا در دانشگاه باث، ما تجربیات زیادی در ساخت فیبرهای نوری داریم. ما ریاضیات را با تخصص خود در کنار هم قرار دادیم تا فیبر توپولوژیکی ایجاد کنیم.

تیم تحقیقاتی که این پروژه را انجام دادند شامل دانشجوی دکترا، گیدو باردینک و دکتر جاش نون از دپارتمان فیزیک نیز می شود که اکنون به دنبال شرکای صنعتی برای توسعه بیشتر مفهوم خود هستند.

دکتر سوسلوف گفت: ما واقعاً مشتاق هستیم که به مردم کمک کنیم تا شبکه های ارتباطی قوی بسازند و برای مرحله بعدی این کار آماده هستیم.

آقای رابرتز افزود: ما نشان داده‌ایم که می‌توانید کیلومترها فیبر توپولوژیکی را به دور یک قرقره بچرخانید. ما یک اینترنت کوانتومی را تصور می کنیم که در آن اطلاعات با استفاده از اصول توپولوژیکی به طور قوی در سراسر قاره ها منتقل می شود.

وی خاطرنشان کرد: این تحقیق دارای مفاهیمی است که فراتر از شبکه های ارتباطی است. او گفت: توسعه فیبر نه تنها یک چالش تکنولوژیکی است، بلکه به خودی خود یک زمینه علمی هیجان انگیز است.

آینده کوانتومی است

انتظار می رود شبکه های کوانتومی در سال های آینده نقش مهمی در فناوری ایفا کنند. فن‌آوری‌های کوانتومی ظرفیت ذخیره و پردازش اطلاعات را به روش‌های قدرتمندتر از رایانه‌های کلاسیک امروزی و همچنین ارسال پیام‌های ایمن در سراسر شبکه‌های جهانی بدون هیچ گونه شانسی برای استراق سمع دارند.

اما حالت‌های کوانتومی نور که اطلاعات را منتقل می‌کنند به راحتی تحت تأثیر محیط قرار می‌گیرند و یافتن راهی برای محافظت از آنها یک چالش بزرگ است. این کار ممکن است گامی در جهت حفظ اطلاعات کوانتومی در فیبر نوری با استفاده از طراحی توپولوژیکی باشد.