انجاز علمي سويسري يفتح الباب لنقل البيانات بسرعة فائقة عبر تقنية الليزر

اختبر الباحثون نقل البيانات بالليزر لمسافة تزيد عن 53 كيلومترًا من قمة يونغفراويوخ إلى منطقة زيمرفالد بالقرب من برن. ETH Zurich

باستخدام تقنية الليزر وعلى الرغم من الاضطرابات الجوية الكبيرة، تمكن علماء من سويسرا من إرسال عدة تيرابايت من البيانات في الثانية بين قمة جبل يونغفراويوخ والعاصمة السويسرية بيرن.

في بيان صادر يوم الثلاثاءرابط خارجي الموافق 20 يونيو، قال باحثون من المعهد التقني الفدرالي العالي في زيورخ إن هذه التجربة ستسمح قريبًا بالتخلي عن الكابلات باهظة الثمن التي تمر عبر أعماق البحار.

يتكون العمود الفقري للإنترنت من شبكة كثيفة من الكابلات الليفية الضوئية، وينقل كل كابل منها ما يصل إلى 100 تيرابايت من البيانات في الثانية (حيث يُعتبر تيرابايت ممثلًا لـ 1012 إشارة رقمية 1/0) بين عقد الشبكة. وتتم الاتصالات بين القارات عبر شبكات باهظة الثمن تمتد في أعماق البحار، ويتطلب مرور كابل واحد عبر المحيط الأطلسي استثمارًا بمئات الملايين من الدولارات.

ومع ذلك، في المستقبل قد تنخفض هذه النفقات بشكل كبير، حيث أظهر العلماء في المعهد السويسري، الذي يعملون مع شركاء من صناعة الفضاء، قدرتهم على نقل بيانات ضوئية بالتيرابايت عبر الهواء ضمن مشروع”European Horizon 2020″رابط خارجي. وقالوا إن ذلك سيتيح في المستقبل اتصالات أكثر فعالية من حيث التكلفة وأسرع بكثير  عبر مجموعات الأقمار الصناعية القريبة من الأرض.

لتحقيق هذا الإنجاز، قام الشركاء في المشروع بإنشاء وصلة اتصال بصرية عبر الأقمار الصناعية، ورغم أن نظام الليزر لم يتم اختباره مباشرة مع قمر صناعي في المدار، إلا أنهم نجحوا في نقل بيانات عالية عبر مسافة خالية تبلغ 53 كيلومترًا.

وقال يانيك هورست، المؤلف الرئيسي للدراسة والباحث في قسم المجالات الكهرومغناطيسية في المعهد التقني الفدرالي العالي في زيورخ، “بالنسبة لنقل البيانات الضوئية، يعتبر مسار الاختبار الذي اعتمدناه بين محطة الأبحاث المرتفعة في قمة يونغفراويوخ ومرصد تسميرفالد في جامعة بيرن أكثر تحديًا من مسار يربط بين محطة قمر صناعي ومحطة أرضية”.

يتم نقل شعاع الليزر عبر الغلاف الجوي الكثيف بالقرب من الأرض، وخلال هذه العملية يتأثر بعوامل متعددة مثل الاضطرابات الجوية في الجبال العالية المغطاة بالثلوج وسطح بحيرة تون ومنطقة تون الحضرية المكتظة وسطح نهر الآري. وجميعها تؤثر على حركة موجات الضوء وبالتالي نقل البيانات. كما يعيق وميض الهواء الناجم عن الظواهر الحرارية حركة الضوء المنتظمة ويمكن رؤيته بالعين المجردة في الأيام الحارة.

مزيد من المعلومات لكل وحدة زمنية

يمكن نقل البيانات عبر الأقمار الصناعية باستخدام تقنيات الراديو التي تعمل في نطاق الموجات الميكروية، وهي أقل قوة بكثير. وبشكل مشابه لشبكة المنطقة المحلية اللاسلكية (WLAN) أو الاتصالات المتنقلة، تعمل هذه التقنيات في نطاق الموجات الدقيقة من الطيف وبالتالي لها أطوال موجية تبلغ عدة سنتيمترات.

على النقيض من ذلك، تعمل أنظمة الليزر الضوئية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة بأطوال موجية تبلغ بضعة ميكرومترات، وهي أقصر بحوالي 10 آلاف مرة. نتيجة لذلك، يمكنها نقل المزيد من المعلومات لكل وحدة زمنية.

تم التوصل إلى أداء يسمح بنقل تيرابايت واحد في الثانية بواسطة طول موجة واحد. وفي التطبيقات العملية المستقبلية، يمكن توسيع النظام بسهولة لاستيعاب 40 قناة، وبالتالي 40 تيرابايت في الثانية باستخدام التقنيات القياسية.