یک تیم تحقیقاتی با حمایت مایکروسافت از Lumenisity (یک شرکت اسپین‌آف از مرکز تحقیقات اپتوالکترونیک دانشگاه ساوت‌همپتون) کابلی با هسته توخالی ساخته است که ادعا می‌کند کمترین افت سیگنال را در هر فیبر نوری ثبت کرده است. این تیم که یافته‌های خود را در تاریخ ۱ سپتامبر در Nature Photonics منتشر کرده است، ادعا می‌کند با استفاده از طرحی به نام فیبر بدون گره آنتی‌رزونانت دوگانه تو در تو (DNANF)، به افت 0.091 dB/km در طول موج 1,550nm دست یافته است.

این رقم کمتر از حد پایین ~0.14 dB/km بهترین فیبرهای سیلیسی امروزی است — و این عدد از دهه ۱۹۸۰ به طور معنی‌داری بهبود نیافته بود. به گفته محققان، این یکی از قابل توجه‌ترین پیشرفت‌ها در فناوری موج‌بر در ۴۰ سال گذشته است.

فیبر تک‌حالته معمولی نور را از طریق شیشه هدایت می‌کند و سرعت سیگنال‌ها را تقریباً به ۲۰۰ میلیون متر بر ثانیه کاهش می‌دهد که دو سوم سرعت پتانسیل آن‌ها در خلاء است. در مقابل، فیبرهای هسته توخالی فوتون‌ها را عمدتاً از طریق هوا هدایت می‌کنند — که تأخیر را تقریباً به نصف کاهش داده و اثرات غیرخطی را به حداقل می‌رساند. با این حال، این مزیت با یک هزینه سنگین همراه است: طراحی‌های هسته توخالی انرژی را با نرخ‌هایی بیش از 1 dB/km نشت می‌دهند و عملاً آن‌ها را به لینک‌های کوتاه و تخصصی محدود می‌کنند.

طراحی DNANF این مشکل را با استفاده از لوله‌های شیشه‌ای متحدالمرکز با ضخامت میکرونی حل می‌کند. این لوله‌ها مانند آینه‌های کوچک عمل می‌کنند و نور را به هسته هوایی بازتاب می‌دهند و حالت‌های مرتبه بالاتر را سرکوب می‌کنند. آزمایش این فناوری بر روی قرقره‌های ۱۵ کیلومتری با استفاده از چندین روش اندازه‌گیری، از جمله بازتاب‌سنجی نوری در حوزه زمان، تضعیف کمتر از 0.1 dB/km را تأیید کرد.

به همان اندازه مهم: افت در یک باند طیفی ۶۶ تراهرتزی زیر 0.2 dB/km باقی ماند. این بسیار گسترده‌تر از پنجره‌های باریک مخابراتی است که سیلیس در آن‌ها بهترین عملکرد را دارد. همچنین، پراکندگی رنگی — که در آن طول موج‌های مختلف نور با سرعت‌های متفاوت از طریق یک محیط حرکت می‌کنند — هفت برابر کمتر از فیبرهای قدیمی گزارش شده است که می‌تواند طراحی فرستنده-گیرنده را ساده‌تر کرده و مصرف انرژی در تجهیزات شبکه را کاهش دهد.

تصاحب Lumenisity توسط مایکروسافت در سال ۲۰۲۲ نشانه روشنی بود که این شرکت قصد دارد فناوری هسته توخالی را از آزمایشگاه به تولید برساند. در آن زمان، فیبرهای هسته توخالی این شرکت به افت حدود 2.5 dB/km دست می‌یافتند که هنوز فاصله زیادی با حد پایین سنتی ~0.14 dB/km فیبر شیشه‌ای داشت.

پس از یک پروژه آزمایشی که در کنار تحقیقات تیم انجام شد، مایکروسافت به Network World گفت که حدود ۱۲۰۰ کیلومتر از فیبر جدید در حال حاضر ترافیک زنده را حمل می‌کند. در کنفرانس Microsoft Ignite سال ۲۰۲۴، ساتیا نادلا، مدیرعامل، اعلام کرد که این شرکت قصد دارد ۱۵۰۰۰ کیلومتر فیبر را در شبکه Azure طی دو سال آینده برای پشتیبانی از اتصال هوش مصنوعی مستقر کند.

فرانچسکو پولتی، یکی از مخترعان این طرح، گفت که سطوح پایین افت به دست آمده می‌تواند به اپراتورها اجازه دهد “یکی از هر دو یا سه سایت تقویت‌کننده را حذف کنند که منجر به کاهش قابل توجهی در هزینه‌های سرمایه‌ای و عملیاتی می‌شود.”

البته، هنوز چالش‌هایی وجود دارد. افزایش تولید به ابزارهای جدید نیاز دارد و استانداردها هنوز تدوین نشده‌اند. اما برای اولین بار، فیبری که نور را از طریق هوا حمل می‌کند، هم سریع‌تر و هم کم‌اتلاف‌تر از شیشه‌ای است که قصد جایگزینی آن را دارد.