Laser zamiast kabli. Japonia osiągnęła rekordowe 2 Tb/s

Japoński Narodowy Instytut Technologii Informacyjnych i Komunikacyjnych ogłosił dziś przełomowe osiągnięcie, które może zdefiniować przyszłość globalnych sieci transmisji danych. Naukowcy ustanowili światowy rekord w optycznej komunikacji bezprzewodowej, demonstrując stabilną transmisję danych z prędkością 2 terabitów na sekundę przy użyciu wiązki laserowej przesyłanej przez powietrze w środowisku miejskim. Eksperyment przeprowadzono w Tokio na dystansie 7,4 kilometra, między dwoma kompaktowymi terminalami optycznymi.

Eksperyment został zrealizowany w gęsto zabudowanej aglomeracji Tokio, gdzie warunki atmosferyczne, zanieczyszczenie powietrza i turbulencje termiczne stanowią wyjątkowo trudne środowisko dla transmisji optycznej. Pomimo tych ograniczeń badaczom udało się utrzymać stabilne połączenie laserowe pomiędzy dwoma punktami oddalonymi o 7,4 kilometra. Była to transmisja pozioma, prowadzona tuż nad miejską infrastrukturą, a nie w warunkach laboratoryjnych ani w próżni.

Terabity bez kabli

Osiągnięta przepustowość 2 Tb/s stanowi bezprecedensowy wynik w bezprzewodowej komunikacji optycznej realizowanej przy użyciu sprzętu o niewielkich rozmiarach. Tak wysoka prędkość została uzyskana dzięki zastosowaniu multipleksowania długości fali. System wykorzystywał pięć niezależnych kanałów optycznych, z których każdy transmitował dane z prędkością 400 Gb/s. W praktyce taka przepustowość pozwala przesłać w ciągu jednej sekundy równowartość około dziesięciu pełnometrażowych filmów w jakości 4K UHD.

Kompaktowe terminale nowej generacji

Kluczową rolę w eksperymencie odegrały dwa urządzenia opracowane przez NIIC. Pierwszym był zaawansowany terminal Full Transceiver, oznaczony jako FX, a drugim uproszczony Simple Transponder, określany skrótem ST. Oba urządzenia zaprojektowano z myślą o ograniczeniach rozmiaru, masy i zużycia energii, które obowiązują w systemach satelitarnych i stratosferycznych. Terminale wykorzystują precyzyjne mechanizmy celowania, dynamiczną korekcję rozbieżności wiązki oraz adaptacyjne techniki optyczne, pozwalające kompensować zaburzenia atmosferyczne charakterystyczne dla środowiska miejskiego.

Miniaturyzacja jako klucz do przełomu

Dotychczas transmisje terabitowe demonstrowano głównie przy użyciu dużych, stacjonarnych instalacji badawczych w kontrolowanych warunkach. Osiągnięcie japońskich naukowców wyróżnia się tym, że rekord ustanowiono przy użyciu sprzętu o znacznie mniejszych gabarytach, bazującego częściowo na komponentach produkowanych masowo. Terminale łączą elementy projektowane na zamówienie, takie jak teleskop o aperturze 9 centymetrów, z modyfikowanymi podzespołami komercyjnymi i standardowymi komponentami rynkowymi. Takie podejście umożliwiło stworzenie najbardziej kompaktowych terminali optycznych zdolnych do transmisji terabitowej w warunkach rzeczywistych.

Pierwszy taki wynik w Azji

Eksperyment przeprowadzony w Tokio stanowi również regionalny przełom. W Azji wcześniej nie demonstrowano bezprzewodowej komunikacji optycznej przekraczającej próg 100 Gb/s w otwartym środowisku. Wynik 2 TB/s ustanawia nowy punkt odniesienia dla badań prowadzonych w regionie i potwierdza rosnącą rolę Japonii w rozwoju technologii komunikacyjnych wykraczających poza obecne standardy sieci mobilnych.

Zespół badawczy zapowiada dalszy rozwój technologii. Kolejnym etapem ma być jeszcze większa miniaturyzacja terminali, umożliwiająca ich integrację z satelitami CubeSat w standardzie 6U. W 2026 roku planowane są testy połączeń optycznych pomiędzy satelitami na niskiej orbicie a stacjami naziemnymi, realizowane we współpracy z partnerami przemysłowymi. Rok później badania mają objąć komunikację pomiędzy satelitami a platformami stratosferycznymi HAPS.

Wizja globalnej sieci optycznej

Długofalowym celem japońskich naukowców jest stworzenie wieloterabitowej sieci komunikacyjnej obejmującej satelity, platformy stratosferyczne i infrastrukturę naziemną. Do 2035 roku taka sieć mogłaby stać się optycznym szkieletem przyszłych systemów lotniczych i kosmicznych, znacząco zwiększając globalną przepustowość transmisji danych. Osiągnięcie z Tokio pokazuje, że wizja sieci wykraczających poza 5G i 6G przestaje być teorią, a zaczyna przyjmować realne, mierzalne kształty.