天空是极限
Ramachandran团队的光传输发现科学
A.J.克莱伯著
不可否认的是，人们在数字空间中产生的数据量正在不断地呈指数级增长。我们倾向于认为信息是短暂的，在“云”中无形地徘徊，但实际上，我们的数据如何存储和传输是有物理限制的，并且内容的持续增长开始对构成其传输基础设施的光纤构成挑战。
信息以光束的形式发送，这些光束可以通过一种叫做“全内反射”的现象在全球范围内保持和传递，这种现象允许光以最小的损失从光纤“光管”的壁上反弹。然而，给定光纤的容量是有限的——我们不断增长的数据产生有可能超过这个极限。需要新的解决方案，这就是杰出的工程教授Siddharth Ramachandran（欧洲经委会，物理学，MSE）和欧洲经委会博士候选人Zelin Ma的切入点。
在《科学》杂志上发表的一篇新论文中，马和拉马钱德兰，以及OFS光学公司的行业合作伙伴保罗·克里斯滕森，展示了他们开创性的解决方案——不仅解决了即将到来的容量短缺问题，而且可能产生比传统方法更节能的信号传输方式。
缓解容量紧张的一种现有方法涉及配置光纤以支持多个独立的数据通道。光以空间上不同的模式在这些通道中传播，每个通道携带的数据量与单个标准光纤一样多。Ramachandran和他的团队此前在这一概念的发展中发挥了关键作用，类似于扩大高速公路上的车道数量，以满足交通流量的增加。不幸的是，这往往会导致“崩溃”——信息在通道之间泄漏。这种泄漏破坏了每个通道，从而使在所有通道中传输的信息无法恢复-使这种方法充其量只是权宜之计，而不是有效的解决方案。
与其从汽车和道路的角度思考问题，拉马钱德兰提出了一个更神圣的框架。
“高拓扑电荷光束”的行为与当今光通信中使用的标准光束不同；它们不是沿直线运动，而是在运动过程中扭曲，产生类似于双星旋转产生的“离心屏障”。就像离心屏障可以防止这些恒星相互碰撞一样，它们也可以使这些不寻常的光束在很远的距离内被包含在光纤中。也就是说，这些扭曲的光束不需要完全的内反射，而以前认为全内反射是传输光所必需的，因此被限制在光纤中。与全内反射不同，这种效果也明显更健壮，允许更多的数据通道，没有讨厌的泄漏问题。
Ramachandran的团队已经成功地演示了这种新方法，他们将多达50个数据通道装入一根一公里长的光纤中；容量是传统纤维的25倍。他们的理论是，这种改进只是一个开始，如果他们的方法像他们怀疑的那样可扩展，它可能会产生真正的全球影响。