Десятки терабит в секунду: российские физики открывают путь создания технологий будущего
В долгосрочной перспективе устройства на основе фотоники практически полностью заменят используемую нами электронику, сообщили Sputnik ученые из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», комментируя передовые российские разработки, ускоряющие технологии в этой области.
По словам ученых, беспроводная связь со скоростью в десятки терабит в секунду, обработка данных со скоростью в десятки гигабит и голограммы, создающие трехмерные изображения «в воздухе», — это лишь некоторые из наиболее актуальных задач современной фотоники.
Когда стандартная электроника устареет?
Фотоника — это отрасль науки и техники, занимающаяся процессами излучения света, их записью и изменением их свойств. Технологии на основе фотоники включают не только оптические соединения и лазерные диски, но и многие другие многообещающие устройства. XXI век — век фотоники, считают ученые из Института лазерных и плазменных технологий «МИФИ».
По мнению ученых, фотоника произведет революцию в разработке старых технических систем и внесет важный вклад в появление принципиально новых в ближайшие 10-20 лет. Во-первых, это будет общедоступная цифровая связь со скоростью терабит в секунду, системы обработки данных с пропускной способностью в несколько десятков гигабит в секунду, а также гигапиксельные дисплеи — 2D, 3D и голографические.
Ключевым преимуществом фотонных технологий являются информативные свойства света. Оптические сигналы обладают собственной частотой колебаний, в тысячи раз превышающей радиосигналы, поэтому их параметры можно менять гораздо быстрее, пояснили ученые МИФИ. Диапазон частот, передаваемых световым сигналом, чрезвычайно широк — например, один оптический канал может передавать все радиодиапазоны одновременно.
«При передаче света можно формировать двумерные и трехмерные пространственные распределения, которые представляют данные, в то время как электрический сигнал, проходящий через проводник, является одномерным. Благодаря этому фотонные системы работают с большей скоростью и энергоэффективностью. чем их электронные предшественники, которые мы используем сегодня », — сказал профессор« МИФИ »Ростислав Стариков.
Голографическое видео: реальность завтрашнего дня
Технология формирования светового сигнала позволила записывать и воспроизводить голографические видеоролики. Ученые Национального исследовательского ядерного университета, однако, утверждают, что эти системы по-прежнему дороги и несовершенны, а для массового производства необходимо решить несколько проблем. В частности, возникают трудности с быстрым воспроизведением голограмм, а также с их передачей по существующим цифровым сетям связи.
Интеллектуальные данные и быстрое воспроизведение трехмерного видео с цифровых голограмм разрабатываются в Институте лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета (МИФИ) при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 20-79-00291. Ученые уверены, что исследования в этой области сделают коммерческие голографические 3D-видеосистемы обычным явлением к середине 2030-х годов.
«Мы предложили и успешно протестировали новый метод двоичного представления цифровых голограмм, который позволяет перекодировать голограммы в форму, более подходящую для передачи, а также новые методы сжатия, которые значительно превосходят аналоги и обеспечить приемлемый уровень потери качества получаемых изображений », — сказал доцент МИФИ Павел Черёмхин.
Что принесет миру фотонное радио?
Еще одна многообещающая область исследований — микроволновая фотоника, или радиофотоника, которая исследует возможность передачи и обработки радиосигналов с помощью света. Такие системы обходят обычные радиосистемы с точки зрения помехоустойчивости, веса и размеров. Однако более важно то, что радиофотонные системы обеспечивают чрезвычайно широкую полосу пропускания сигнала, превышающую 100 гигагерц.
Существующие экспериментальные образцы радиофотонных систем демонстрируют скорости обработки сигналов, недостижимые в обычных электронных устройствах. Например, они выполняют аналого-цифровое преобразование в тысячу раз быстрее, чем существующая электроника.
В настоящее время Россия и международное сообщество внедряют линии передачи фотонов для радиосигналов, обладающие огромной информационной емкостью, сообщили ученые МИФИ. Появление устройств, в которых свет используется также для обработки радиосигналов — фотонных радаров — практически неизбежно. Ожидается также создание активной фазированной антенной решетки (АФАР) на основе фотоники, которая позволит с высокой точностью отслеживать любой тип целей на большом расстоянии.
Теоретические и экспериментальные исследования в области аналого-цифровых систем микроволновой фотоники успешно выполняются в Институте лазера и плазмы МИФИ. Специалисты Лаборатории оптической обработки информации создали фотонную систему аналого-цифровой обработки радиосигналов сантиметрового диапазона.
На базе этого устройства специалисты МИФИ совместно с учеными других российских организаций создали одну из первых в мире радиотехнических систем с микроволновыми фотонными элементами. Последний также успешно прошел полевые испытания. Как пояснили ученые, такие устройства намного легче и энергоэффективнее своих электронных аналогов.
Невероятная скорость и превосходное качество
Забегая вперед, оптико-цифровые системы, использующие параллельную обработку пространственных оптических сигналов, смогут обеспечивать обработку данных со скоростью до 100 гигабит в секунду. Системы могут использоваться, например, для распознавания изображений или кодирования данных. Исследования в области обработки двумерных оптических сигналов также проводились в МИФИ и были сосредоточены на создании дифракционных и голографических систем с использованием когерентного лазера и некогерентного излучения.
«Наша команда успешно разрабатывает методы высокоскоростного и высокоточного формирования заданных информативных световых распределений, которые позволят нам отображать огромные объемы информации без ошибок и потерь», — сказал Ростислав Стариков.
Новый тип оптико-цифровой дифракционной системы для кодирования информации разрабатывается и предназначен для кодирования информации на кафедре лазерной физики Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» под руководством профессора Николая Евтихиева в рамках проекта Российского научного фонда № 19. -19-00498. Уже создана и протестирована система кодирования двоичных данных, обеспечивающая скорость работы в несколько десятков гигабит в секунду.
Другие исследования специалистов отдела направлены на создание высокоскоростных интеллектуальных систем распознавания визуальных образов. По словам ученых, продемонстрированы возможности распознавания мегапиксельных изображений со скоростью более 10 000 кадров в секунду, что в сотни раз превышает потенциальные возможности электронных аналогов.
Источник
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Похожие статьи
ДРУГИЕ НОВОСТИ
