Gyöngyi
9 °C
9 °C

Csipek helyett fényalapú hálózatok

2008.05.25. 20:28
Európai kutatók szerint az adatokat a mai megoldásoknál gyorsabban mozgató, energia- és költségtakarékosabb magányos „önfenntartó” (self-sustaining) fényhullámok tanulmányozása új telekommunikációs hálózatokat, számítógépeket eredményezhet.

Mik azok a szolitonok?

A megoldást a kvantumelméletekben szokatlan tulajdonságú részecskeként viselkedő, mozgó, magányos, jól meghatározott helyzetű és állandó amplitúdójú, stabil nemlineáris hullámok, a szolitonok jelentik. Ha egyszer létrejöttek, állandó sebességgel történő mozgás közben megtartják formájukat. A többi – szétszóródó (dispersion) – hullámmal ellentétben, átalakulás nélkül képesek reakcióba lépni más szolitonokkal.

Felfedezésük John Scott Russell skót mérnök nevéhez fűződik: 1834-ben a Skócia nyugati és keleti partjait összekötő csatornához akart optimális kialakítású hajókat tervezni, és arra lett figyelmes, hogy miközben a csatornában a ló által vontatott hajó megállt, egy magányos hullám alakját és sebességét megőrizve sok kilométeren át haladt tovább. Russell később laboratóriumban is kivitelezte a csak nemlineáris differenciálegyenletekkel leírható jelenséget.

Az 1970-es években jöttek rá, hogy optikai rostokban létezhetnek optikai szolitonok. A következő évtizedben francia és belga kutatók üvegszál-optikai kábeleken keresztül továbbítottak szolitonrezgéseket. Azóta komoly kutatások folynak a témakörben, és vizsgálják a szolitonok potenciális gyakorlati alkalmazásait – hogyan lehet a segítségükkel minél gyorsabban minél messzebbre adatokat eljuttatni?

Optikai lehetőségek

Az uniós PIANOS projektet folytató, 2005-ben indult FunFACS (Fundamentals, Functionalities and Applications of Cavity Solitions) keretében speciális terület, az úgynevezett üreg szolitonok (cavity solitons) – optikai üregben kialakuló, a fényt „elfogó” magányos hullámok – kerültek górcső alá. Az összes optikai, feldolgozó-jellegű folyamatra érvényes alapvető tulajdonságaikat igyekeztek definiálni.

Megállapították, hogy a lehetséges alkalmazások túlmutatnak napjaink csúcstechnológiáján. Elsősorban az adatok tárolását, módosítását és továbbítását fénnyel kivitelező fotonikára és optoelektronikára, például lézeres megoldásokra (cavity soliton lasers, CSL) gondoltak. Utóbbit eredményesen tesztelték is.

Míg a hagyományos rendszerekben az adatok hálózaton belüli mozgatása fényimpulzusok elektromos jelzésekké alakításával történik, addig CSL esetében a fényimpulzusokat nem kell elektromossággá alakítani, aminek következtében gyorsabbak, hatékonyabbak és kevesebb hő vész kárba. A szolitonok egyébként nemcsak egy adott helyen működőképesek, hanem (kontrollált sebesség mellett) az egész félvezető anyagon mozgathatók. Nem zavarja őket egymás közelsége, interakciók nélkül is „elvannak” egymással. Viszont ha egy szolitont nagyon közel viszünk egy másikhoz, egyfajta „molekulát” formálva, összekapcsolódhatnak. Egymásra vetítésük (szuperimpozíció) során az egyik eltűnik.

Hibrid megoldások

Ezek a szerteágazó tulajdonságok teszik lehetővé, hogy idővel az adatfeldolgozásban a jelenlegi csip-alapú félvezetők helyett optikai megoldásokat vezessenek be. A kezelt adatok jellege nem változna meg, nem veszne el. Az átalakulás természetesen nem fog végbemenni máról holnapra, eleinte a jelen és a jövő technológiáját egyaránt használó hibrid alkalmazások várhatók. Már csak azért is, mert mindkettőnek megvannak a maga előnyei és hátrányai.

A FunFACS projektet koordináló Robert Kuszelewicz szerint a szolitonok elterjedése ugyanolyan léptékű előrelépés lehet, mint amikor a tranzisztorokat felváltották a mikrocsipek.