超高速光纖創(chuàng)下全球速度紀(jì)錄：在歐式距離上達(dá)到1.02拍比特每秒

光纖技術(shù)的飛躍打破了之前的限制，實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)家們?cè)J(rèn)為不可能的事情：在單根直徑僅為人發(fā)粗細(xì)的光纖上，傳輸數(shù)據(jù)速度達(dá)到 1.02 petabits 每秒——足以下載 Netflix 上所有電影 30 遍——跨越 1808 公里。

這次突破的核心——由日本信息與通信技術(shù)研究所（NICT）和住友電工工業(yè)共同推動(dòng)——是一種 19 芯光纖，其標(biāo)準(zhǔn) 0.125 毫米包層直徑，可無(wú)縫融入現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)需昂貴的升級(jí)改造。 

每個(gè)芯作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道，共同在傳統(tǒng)單芯光纖的相同空間內(nèi)形成了一條“19車(chē)道高速公路”。

與早期僅限于短距離或特殊波長(zhǎng)帶的多芯設(shè)計(jì)不同，這種光纖能在全球通用的 C 波段和 L 波段高效運(yùn)行，得益于優(yōu)化的核心排列，相比舊型號(hào)信號(hào)損耗降低了 40%。

該實(shí)驗(yàn)的成功依賴于一個(gè)復(fù)雜的循環(huán)回路系統(tǒng)。信號(hào)通過(guò)一個(gè)86.1公里的光纖段傳輸了21次，模擬了橫跨大陸的旅程，相當(dāng)于連接柏林到那不勒斯或札幌到福岡。

為了在這段距離上保持信號(hào)完整性，研究人員部署了一個(gè)雙帶光學(xué)放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)由分別用于增強(qiáng) C 波段和 L 波段信號(hào)的不同設(shè)備組成。這使 180 種不同的波長(zhǎng)能夠同時(shí)使用 16QAM 調(diào)制傳輸數(shù)據(jù)，這種方法將更多信息打包到每個(gè)脈沖中。

在接收端，一個(gè) 19 通道探測(cè)器，配合先進(jìn)的 MIMO（多輸入多輸出）處理，解開(kāi)了光纖之間的干擾，就像在擁擠的房間里解開(kāi) 19 個(gè)重疊的對(duì)話一樣。

傳輸系統(tǒng)示意圖

這款數(shù)字信號(hào)處理器，利用了十多年多核研究開(kāi)發(fā)的算法，在糾正了1808公里距離上累積的失真后，以創(chuàng)紀(jì)錄的速度提取了可用數(shù)據(jù)。

這一成就標(biāo)志著數(shù)年漸進(jìn)式進(jìn)步的頂點(diǎn)。2023 年，同一團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了每秒 1.7 petabits 的速度，但僅限于 63.5 公里。早期的 4 核光纖嘗試通過(guò)不太實(shí)用的 S 波段實(shí)現(xiàn)了每秒 0.138 petabits，傳輸距離達(dá) 12,345 公里，而 15 模光纖由于傳播特性的不匹配，在超過(guò) 1001 公里后難以克服信號(hào)失真問(wèn)題。

新型 19 核光纖的均勻核心設(shè)計(jì)規(guī)避了這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了每公里 1.86 exabits per second 的容量-距離乘積——比標(biāo)準(zhǔn)光纖的先前記錄高出 14 倍。

作為在舊金山 OFC 2025 上被評(píng)為最佳截止日期后論文的工作，這項(xiàng)研究在全球數(shù)據(jù)流量預(yù)計(jì)到 2030 年將增長(zhǎng)三倍的背景下出現(xiàn)。

盡管仍然存在挑戰(zhàn)，例如優(yōu)化放大器效率和擴(kuò)展 MIMO 處理以用于實(shí)際應(yīng)用，但這項(xiàng)技術(shù)為太比特級(jí)網(wǎng)絡(luò)提供了一條可行的途徑。研究人員旨在改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署，有可能實(shí)現(xiàn)每小時(shí)傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)中心信息量的跨洋光纜。

研究人員旨在改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署，有可能實(shí)現(xiàn)每小時(shí)傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)中心信息量的跨洋光纜。

住友電氣的工程師，設(shè)計(jì)了光纖的耦合核心架構(gòu)，指出現(xiàn)有的制造線可以適應(yīng)生產(chǎn)19核設(shè)計(jì)，只需最小的重新改造。

與此同時(shí)，NICT 的團(tuán)隊(duì)正在探索人工智能驅(qū)動(dòng)的信號(hào)處理，以進(jìn)一步提高速度。隨著 6G 和量子計(jì)算的臨近，這一突破使光纖不僅成為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的骨干，而且成為超連接行星基礎(chǔ)設(shè)施的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。