꼬이거나 구부러져도 데이터를 안전하게 지켜주는 광섬유

[아름이]

꼬이거나 구부러져도 데이터를 안전하게 지켜주는 광섬유
날짜:
2023년 1월 10일
원천:
배스 대학교
요약:
견고함을 유지하기 위해 토폴로지의 수학적 개념을 사용하여 정보의 고속 전송을 보장하는 광섬유가 물리학자들에 의해 만들어졌습니다.

광섬유는 현대 정보 네트워크의 중추입니다. 인터넷을 통한 장거리 통신에서 데이터 센터 및 증권 거래소 내의 고속 정보 전송에 이르기까지 광섬유는 세계화된 세계에서 여전히 중요합니다.

그러나 파이버 네트워크는 구조적으로 완벽하지 않으며 문제가 발생하면 정보 전송이 손상될 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 영국 바스 대학의 물리학자들은 네트워크의 견고성을 향상시키도록 설계된 새로운 종류의 섬유를 개발했습니다. 이러한 견고성은 다가올 양자 네트워크 시대에 특히 중요한 것으로 입증될 수 있습니다.

팀은 토폴로지의 수학을 사용하여 빛(데이터가 전송되는 매체)을 보호할 수 있는 광섬유(정보가 전송되는 유연한 유리 채널)를 제작했습니다. 무엇보다도 이러한 수정된 섬유는 쉽게 확장 가능하므로 각 섬유의 구조가 수천 킬로미터 이상 보존될 수 있습니다.

Bath 연구는 Science Advances 최신호에 실렸습니다 .

무질서로부터 빛 보호

가장 단순한 광섬유는 일반적으로 직경이 125µm(두꺼운 머리카락과 유사)인 광섬유로 클래딩으로 둘러싸인 단단한 유리 코어로 구성됩니다. 빛은 코어를 통과하여 마치 거울에 반사되는 것처럼 반사됩니다.

그러나 광섬유가 풍경을 십자형으로 가로지르는 경로는 직선이거나 방해받지 않는 경우가 거의 없습니다. 회전, 루프 및 구부러짐이 일반적입니다. 광섬유의 왜곡은 정보가 발신자와 수신자 사이를 이동할 때 저하될 수 있습니다. 연구를 이끈 물리학 박사과정 학생인 네이선 로버츠(Nathan Roberts)는 "문제는 견고성을 고려한 네트워크를 구축하는 것"이라고 말했다.

"광섬유 케이블을 제작할 때마다 섬유의 물리적 구조에 작은 변화가 불가피하게 존재합니다. 네트워크에 배치될 때 섬유가 꼬이고 휘어질 수도 있습니다. 이러한 변화와 결함에 대응하는 한 가지 방법은 다음을 보장하는 것입니다. 광섬유 설계 프로세스에는 견고성에 대한 진정한 초점이 포함됩니다. 여기에서 토폴로지 아이디어가 유용하다는 것을 알았습니다."

이 새로운 섬유를 설계하기 위해 Bath 팀은 형상에 대한 지속적인 왜곡에도 불구하고 변하지 않은 양에 대한 수학적 연구인 토폴로지를 사용했습니다. 그 원리는 이미 많은 물리학 연구 분야에 적용되고 있습니다. 물리적 현상을 변하지 않는 숫자에 연결함으로써 무질서한 환경의 파괴적인 영향을 피할 수 있습니다.

Bath 팀이 설계한 광섬유는 나선형으로 함께 연결된 광섬유에 여러 도광 코어를 포함하여 토폴로지 아이디어를 배치합니다. 빛은 이러한 코어 사이를 뛰어다닐 수 있지만 토폴로지 설계 덕분에 가장자리 안에 갇히게 됩니다. 이러한 가장자리 상태는 구조의 무질서로부터 보호됩니다.

이 연구의 공동 저자이자 이론 책임자인 Bath 물리학자 Anton Souslov 박사는 "우리의 섬유를 사용하면 위상 설계가 없는 동등한 시스템에서보다 빛이 환경 장애의 영향을 덜 받습니다.

"토폴로지 디자인의 광섬유를 채택함으로써 연구자들은 본질적으로 강력한 광자 시스템을 구축함으로써 신호 저하 효과를 선점하고 예방할 수 있는 도구를 갖게 될 것입니다."

이론과 실무 전문성의 만남

이 연구를 주도한 배스 물리학자 피터 모슬리(Peter Mosley) 박사는 "이전에는 과학자들이 복잡한 토폴로지 수학을 빛에 적용했지만 여기 배스 대학교에서 우리는 물리적으로 광섬유를 만드는 많은 경험을 가지고 있다"고 말했다. 우리는 토폴로지 섬유를 만들기 위해 우리의 전문 지식과 수학을 결합했습니다."

박사 과정 학생인 Guido Baardink와 물리학과의 Josh Nunn 박사도 포함된 이 팀은 이제 개념을 더욱 발전시킬 업계 파트너를 찾고 있습니다.

Souslov 박사는 "우리는 사람들이 강력한 통신 네트워크를 구축하도록 돕고자 진심으로 노력하고 있으며 이 작업의 다음 단계를 준비하고 있습니다."라고 말했습니다.

로버츠 씨는 "우리는 스풀 주위에 수 킬로미터의 위상 섬유를 감쌀 수 있음을 보여주었습니다. 우리는 위상 원리를 사용하여 정보가 대륙을 가로질러 강력하게 전송되는 양자 인터넷을 구상합니다."라고 덧붙였습니다.

그는 이번 연구가 통신망을 넘어선 시사점도 갖고 있다고 지적했다. 그는 "섬유 개발은 기술적인 도전일 뿐만 아니라 그 자체로 흥미진진한 과학 분야이기도 합니다.

"광섬유를 엔지니어링하는 방법을 이해하면 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐 있는 밝은 '초연속체(supercontinuum)'에서 개별 광자를 생성하는 양자 광원(빛의 단일 입자)에 이르는 광원으로 이어졌습니다."

미래는 양자다

양자 네트워크는 앞으로 몇 년 동안 중요한 기술적 역할을 할 것으로 널리 예상됩니다. 양자 기술은 오늘날의 '고전적인' 컴퓨터보다 더 강력한 방식으로 정보를 저장하고 처리할 수 있을 뿐만 아니라 도청의 기회 없이 글로벌 네트워크를 통해 안전하게 메시지를 보낼 수 있습니다.

그러나 정보를 전송하는 빛의 양자 상태는 환경에 쉽게 영향을 받으며 이를 보호하는 방법을 찾는 것이 주요 과제입니다. 이 작업은 위상 설계를 사용하여 광섬유에서 양자 정보를 유지하는 단계일 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/