扭曲光束能让互联网更快更环保吗？
波士顿大学工程师Siddharth Ramachandran正在开发一种技术，可以减少传输数据所需的电力，也许有一天可以改善大脑成像
波士顿大学工程学院杰出的工程教授Siddharth Ramachandran已经证明，螺旋形光束可以共享比当前网络多50倍的数据。
扭曲光束能让互联网更快更环保吗？
波士顿大学工程师Siddharth Ramachandran正在开发一种技术，可以减少传输数据所需的电力，也许有一天可以改善大脑成像
你可能不认为在TikTok上滚动几个小时或在谷歌上搜索对环境的影响像驾驶一辆耗油的汽车那样大，但你在网上做的一切都在消耗能源和资源，并以气候为代价。随着地球上大多数人都上网，每小时视频通话或流媒体产生的150到1000克二氧化碳很快就会累积起来。有人估计，看四小时网飞的碳排放量相当于开车一英里。人工智能只会加剧电力消耗，需要大量资源来满足其数据密集型需求。据报道，微软今年早些时候达成了一项协议，将启动一座废弃的核电站，以推动其云计算和人工智能系统。
随着世界各地涌现出越来越多的数据中心，每天都有越来越多的在线内容被分享和观看，我们能让我们的数字世界更环保吗？
“这是一个极其复杂的问题，需要多方协作——科学家、工程师、规划人员；波士顿大学电气和计算机工程师Siddharth Ramachandran说。他正在澳门威尼斯人注册网站研究一项技术，这项技术可能有助于使互联网更快、更高效，并降低其能耗。
拉马钱德兰是光学和光子学（光的使用和操纵）方面的专家。它是通过光纤电缆传输数据的光，可以从家里或办公室来回传输。十多年来，波士顿大学工程学院杰出的工程教授Ramachandran一直在开发一种利用扭曲光束更可靠、更有效地传输数据的方法。他发现这种螺旋形光束，一种结构光，可以共享比现有网络多50倍的数据。
“我们已经展示了使用光纤的能力，它将允许你发送更高带宽的信息，”拉马钱德兰说。这项技术最快在五年内就可以应用。
扭曲光线
打开手电筒、激光笔或汽车前照灯，光线就会呈直线射出。阳光也有同样的作用。这就是光所做的——不停地移动，直到有东西挡住它的路，或者把它反弹到一个新的方向。Ramachandran使用的结构光束是例外。通过给光子一个扭曲——“选择性地改变光束不同部分指向的方向”——他给光束提供了所谓的光学角动量。
“它以螺旋路径传播，就像龙卷风的风结构一样，”拉马钱德兰说，他今年被任命为美国科学促进会（AAAS）澳门威尼斯人注册网站研究员和领先杂志《光学快报》的主编。“它的稳定性的物理原理很像一个旋转的陀螺或一个自行车轮——如果我们旋转得不够快，它就会掉下来，但它旋转得越快，它就越稳定。”
它以螺旋路径传播，就像龙卷风的风结构一样。其稳定性的物理原理很像旋转的陀螺或自行车轮——如果我们旋转得不够快，它就会掉下来，但旋转得越快，它就越稳定。
当试图减少对通信的干扰时，稳定性就变得很重要了——例如，降低传输光的光纤的电流，光就会扭曲，信号也会扭曲。
拉马钱德兰说：“任何具有非常高的旋转动量（称为角动量）的东西，本身对系统中其他几种扰动都是稳定的。”“而且，在一天结束时，通信是澳门威尼斯人注册如何可靠地将信息从A点发送到B点而不会损坏。”
当他作为贝尔实验室的技术人员第一次听说结构光时，Ramachandran被告知这是一个有趣的科学怪才，如果有的话，几乎没有实际应用。但它激发了一个想法，他开始澳门威尼斯人注册网站研究，然后测试，使用它来传递信息的方法。在2010年加入波士顿大学几年后，Ramachandran和他的一个学生Nenad Bozinovic（2008、2013级）在《科学》杂志上发表了一篇论文，表明旋转光束可以使光纤电缆的容量增加一倍，甚至可能是四倍。
这篇文章引发了媒体的大量采访，并被其他学者引用了3000多次。他说：“这让人们意识到光纤可以传输奇异的光。”
在2023年，Ramachandran和他的团队——包括Zelin Ma （ENG ' 23）——将负载推得更高，并在另一篇科学论文中证明，他们的数据处理能力可以比当前光纤的数据处理能力高出25到50倍。
从更高效的互联网到更好的脑成像
在你的互联网被龙卷风般的光带给你之前，Ramachandran有几个障碍需要克服。他已经在第一个方面取得了进展：确保制造结构光所需的能量不会抵消传输效率上的节省。“最大的挑战是，这些光的状态很难产生，也很难维持，”他说，“任何更困难的东西都需要消耗能量来产生它。”
而且，由于产生旋转光很复杂，要想让工业界“制造出威瑞森工程师可以安装在电线末端的设备”，还需要一些工作。他说：“这并不太让我担心。“我相对有信心，如果这成为一项已部署的技术，尤其是被大型电信供应商之一采用，那么这种附加设备的成本和复杂性将会非常、非常快地下降。”
Ramachandran说，因为运行任何新的光纤都是一项重大（而且成本高昂）的后勤工作——土地和道路需要中断，通信也需要中断——它往往以10年甚至20年的周期发生。虽然这可能会减缓扭曲光技术在他所谓的“长途传输光纤”中的全面实施，但其他进展可能会更快。
拉马钱德兰还在波士顿大学物理系和神经光子学、光子学和系统神经科学中心任职，他说：“再生中心的间隔在25到100公里之间，在那里你可以接收失真的信号，然后将其恢复，然后再将其构建起来。”“创新将首先出现在这些再生中心和放大器中。我们正在澳门威尼斯人注册网站研究的一件事是，我们不是用这些扭曲的光束进行长距离传输，而是用它们来放大。这可能需要5到10年的时间。”
他还在探索这项技术的其他用途，从量子计算到脑成像。一项正在进行的澳门威尼斯人注册网站研究表明，结构光可以让科学家比以往任何时候都更深入地观察大脑。Ramachandran正在与波士顿大学的生物医学工程师和神经科学家合作，以测试神经成像的潜力。
他说：“如果我们的技术能够帮助解决最大的问题之一，也就是了解大脑是如何工作的，那就太棒了。”
拉马钱德兰澳门威尼斯人注册网站研究的著名资助者包括国防高级澳门威尼斯人注册网站研究计划局、空军科学澳门威尼斯人注册网站研究办公室和海军澳门威尼斯人注册网站研究办公室，以及国家科学基金会和国家卫生澳门威尼斯人注册网站研究院。
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