Chalmersutvecklat chip bakom världsrekord i dataöverföring

​1 petabit motsvarar 1 miljon gigabit.
För att sätta det i perspektiv motsvarar 1,8 petabit data per sekund hela den globala internettrafiken under samma tidsrymd, två gånger. För att nå samma hastighet med modern, toppmodern kommersiell utrustning skulle det krävas mer än 1 000 lasrar.

Grundläggande för denna framgång är ljuskällan, ett specialdesignat optiskt chip som kan använda ljuset från en enda infraröd laser för att skapa ett regnbågsspektrum av färger eller frekvenser. Varje färg har förmågan att isoleras och förses med data, och kan sedan sättas ihop igen och skickas över en optisk fiber och på så sätt överföra datan.

– På Chalmers har vi obevekligt utvecklat vågledartekniken kiselnitrid i cirka tio år, säger Victor Torres Company, professor vid MC2 och chef för forskargruppen som utvecklade och tillverkade chipet.

En nyckelfaktor i forskningen kring att utveckla denna typ av chip är den så kallade "Q-faktorn" – kvalitetsfaktorn. Det är en fysisk egenskap som mäter de optiska förlusterna – ju högre Q-faktor desto lägre förluster.

– Sedan 2019 är vi en av väldigt få grupper i världen som kan tillverka integrerade mikrosonatorer med en optisk kvalitet som överstiger tio miljoner, säger Victor Torres Company.

En kuriositet i sammanhanget är att chippet inte var optimerat för just denna applikation – i själva verket uppnåddes några av de karakteristiska parametrarna av en slump och inte genom design.

Exabithastigheter inom räckhåll

– Men med ansträngningar i mitt team är vi nu kapabla att spegelvända processen och uppnå mikrokammar med hög reproducerbarhet för målapplikationer inom telekommunikation", säger Victor Torres Company. Vi går nu mot att förstå egenskaperna hos dessa nyare, mer reproducerbara mikrokammar baserade på vad vi kallar "fotoniska molekyler" eftersom vi tror att de kommer att möjliggöra visionen att nå hastigheter på exabit-nivåer per sekund i framtiden.

Professor Leif Katsuo Oxenløwe, chef för Center of Excellence for Silicon Photonics for Optical Communications (SPOC) vid DTU, säger:

– Våra beräkningar visar att vi – enbart med det enda chipet från Chalmers och en enda laser – kommer att kunna sända upp till 100 petabit per sekund. Anledningen till detta är att vår lösning är skalbar – både när det gäller att skapa många frekvenser och när det gäller att dela upp frekvenskammen i många rumsliga kopior och sedan optiskt förstärka dem, och använda dem som parallella källor med vilka vi kan överföra data. Även om kamkopiorna måste förstärkas, förlorar vi inte kammens egenskaper, som vi använder för spektralt effektiv dataöverföring.

Forskarnas lösning bådar gott för internets framtida strömförbrukning.

– Med andra ord ger vår lösning en potential att ersätta hundratusentals av de lasrar som finns på internethubbar och datacenter, som alla suger ström och genererar värme. Vi har en möjlighet att bidra till att få till ett internet som lämnar ett mindre klimatavtryck, säger Leif Katsuo Oxenløwe.
"Väldigt belönade"
För Victor Torres Company är framgången med chipet kopplad till den forskning han bedriver inom sitt European Research Council (ERC)-projekt.

– Ett av de centrala målen i ERC-projektet är att skapa mikrokammar som ska möjliggöra de petabit-klassändare som vi just har demonstrerat med DTU genom att kombinera dessa källor i chipskala med avancerad flerkärnig fiber. Så resultaten från detta samarbete har varit väldigt belönade och givande. En annan aspekt av ödet är det faktiska samarbetet med DTU. Detta underlättades av ytterligare ett forskningsmiljöanslag från Vetenskapsrådet där Anders Larsson är huvud-PI, säger han.

– Det har varit fantastiskt att utnyttja denna synergi för att bedriva verkligt kollaborativ vetenskap. Min uppfattning från detta äventyr är att frihet, hårt arbete och en liten gnutta tur lönar sig inom vetenskapen!

Läs den vetenskapliga publikationen

Petabit-per-second data transmission using a chip-scale microcomb ring resonator source