德国的研究人员测试了一种新的高速数据传输方式

德国的研究人员测试了一种新的高速数据传输方式，这种方式可以将连接速度提高5倍甚至更多。在该原型技术中，激光仍然是信息的载体，但0和1是根据光束中的振荡偏振而不是其强度进行编码的。

这项新技术也可以在室温下工作，而且比光强法消耗的能量更少——光强法中，“1”由明亮的激光脉冲表示，而“0”则是由暗淡的激光脉冲或根本没有激光脉冲来表示。

相反，通过激光偏振传输数据，则需要将“1”编码为左旋圆偏振光脉冲，而“0”则编码为右旋圆偏振光脉冲。

激光偏振方法若能扩展到实验室之外，将可能减轻数据中心和服务器机群的冷却压力和降低能耗。

根据研究人员的计算，这种基于偏振的数据传输方法可以达到每秒240千兆比特的数据传输速度，同时，相比于传统的每秒25千兆比特的基于光强的方法，产生的热量只为其7%左右。

德国波鸿大学（RUB）光子学和太赫兹技术系主任Nils Gerhardt说：“通常情况下，通过加大激光的抽运力度，可以提高传输速度，这就自动意味着你要消耗大量电力并产生大量热量。这对今天的服务器机群来说是一个大问题。但是我们概念中的带宽并不依赖于功耗。即使在低电流下，我们也有相同的带宽。”

Gerhardt的研究团队本月在Nature上发表了他的研究成果（此前他们在预印本平台arXiv上发布了一份初稿），其文章标题为“Ultrafast spin-lasers”。迄今为止，他们只在实验室里开发了一个概念验证系统。目前的技术也有一个很长的背景故事。自1997年以来，研究人员一直在研究某些半导体激光器中的电子自旋与其激光偏振的关系。

然而，直到最近几年，相关技术融合在一起才使数据传输速度超过了基于光强的激光器提供的最快速度。

照片来源：RUB / Kramer

例如，在2016年，Gerhardt的团队发表了文章介绍了他们技术的早期版本，早期版本的技术实现了44GHz偏振调制——潜在地可转化为每秒44千兆比特的数据传输速度。这接近于当前阶段基于光强的技术的已知的速度极限（估计在每秒40到50千兆比特之间）。

另一方面，不要把传统的方法一笔勾销。基于光强的数据传输可能还有其他方式可以在数百千兆比特/秒的领域进行竞争。但是正如Gerhardt及论文合著者所指出的，即使是像“锁模半导体激光二极管”和“量子级联激光器”这样的奇特技术，也还没有证明基于光强的激光器能提供远高于100千兆比特这一阈值的数据传输速度。

相比之下，Gerhardt的团队估计，每秒240千兆比特可能只是达到更高数据传输速度的一个台阶。例如，他们的论文讨论了基于砷化镓的半导体激光器，理论上可以实现超过每秒500千兆比特的偏振数据传输速度。

当然，证明该技术可以在现实世界中而不仅仅是在实验室中奏效，是重要的下一步工作。

Gerhardt说：“Google、Facebook或Amazon建立的每个新服务器机群都需要更高的带宽和更低的能耗。特别是，互连的速度目前是一个限制因素。”

他说，他们团队正在测试的技术更适合于数据中心或服务器机群中的节点之间的互连，而不是用于互联网主干网（它需要的是经过更多时间考验的、能够可靠地传输高容量的数据的技术）。

事实上，他们仍在试图弄清楚如何来回调制圆偏振来实现高速率、高可靠性和可重复的数据传输。（目前，他们在不破坏电路板的情况下，通过物理弯曲电路板，实现了一些巧妙的高速偏振调制。对于数据中心的任务关键型硬件而言，这更像是一种不靠谱的实验室把戏，而非生产工艺。）

Gerhardt说：“目前，这只是一个概念。在我们制造出你可以购买的现成设备之前，我们还有很多研究要做，还有很多挑战要去解决。”