Передача данных с использованием сети интернет осуществляется по оптоволоконным каналам связи – нелинейным системам, в которых распространение электромагнитного сигнала (информации) описывается (в простейших моделях) нелинейным уравнением Шрёдингера. В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) были найдены информационные характеристики нелинейного бездисперсионного оптоволоконного канала связи, и впервые был обнаружен необычный закон роста ёмкости такого канала при увеличении мощности входного сигнала. Данное теоретическое исследование позволило найти оптимальный способ кодирования информации, который может увеличить пропускную способность канала связи, то есть повысит скорость передачи данных. Аналитические расчеты физиков ИЯФ СО РАН были подтверждены методами численного моделирования в двух независимых исследованиях, которые провели сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН (ИАиЭ СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ). Результаты опубликованы в журнале Physical Review E.


Простейшая модель оптоволоконного канала связи обладает двумя параметрами – нелинейностью и дисперсией. Кроме того, при передаче информации возникают помехи, которые называются шумом. При заданной мощности входного сигнала и мощности шума эти параметры определяют тот объем информации, который можно передать по каналу за единицу времени. Старшие научные сотрудники ИЯФ СО РАН Алексей Резниченко и Иван Терехов рассчитали максимальную пропускную способность (ёмкость канала) в бездисперсионном оптоволоконном канале связи, то есть нашли статистику оптимального способа кодирования сигнала при заданной форме импульса. Для этого ученые использовали методы квантовой теории поля, которые обычно применяются в физике элементарных частиц и физике конденсированных сред. Оказалось, что математический аппарат, используемый в этих областях, применим и к теоретическим исследованиям в теории информации.


Старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Алексей Резниченко:

«Теоретические исследования, направленные на изучение распространения сигнала по оптоволокну, выполняются в ИЯФ СО РАН в рамках цикла работ, посвященных применению нелинейного уравнения Шрёдингера в оптоволоконных системах. Работы выполнялись при поддержке грантов РНФ и РФФИ. Расчёты, полученные нами для бездисперсионного оптоволоконного канала связи, могут быть интересны для телекоммуникационной отрасли, так как в ней тоже используются каналы связи с нулевой средней дисперсией».

Флуктуации в относительных единицах за счет шума в канале одного восстановленного коэффициента Ck 

 Флуктуации (в относительных единицах) за счет шума в канале одного восстановленного коэффициента Ck. Предоставлено А. Резниченко.

 

Предсказания, полученные сотрудниками ИЯФ СО РАН для пропускной способности канала связи, были подтверждены в ходе компьютерных вычислений сотрудниками НГУ и ИАиЭ СО РАН на вычислительном кластере университета. Исследования основывались на двух разных методах математического компьютерного моделирования.


Старший научный сотрудник ИАиЭ СО РАН, кандидат физико-математических наук Александр Черных:

«Для проверки аналитических расчетов были проведены два независимых компьютерных эксперимента, основанных на разных методах численного моделирования: методе Рунге-Кутта четвёртого порядка и методе расщепления. Это довольно редкий пример тщательной верификации результатов. Существует слепое доверие к численным методам – считается, что все они хороши. Но чтобы получить высокую точность, необходимо к каждой задаче подбирать соответствующий вычислительный алгоритм. В данном случае удалось организовать целых два численных эксперимента, результаты которых совпали с аналитическими вычислениями».

Также в своей работе физики ИЯФ СО РАН впервые обнаружили необычный закон роста ёмкости бездисперсионного оптоволоконного канала при увеличении мощности входного сигнала.

«Физикам и математикам было известно, что пропускная способность линейного канала для большой мощности входящего сигнала пропорциональна логарифму отношения мощности сигнала к мощности шума, что соответствует закону Шеннона. О том, как изменяется ёмкость бездисперсионного нелинейного канала в промежуточной области мощностей входящего сигнала, ранее известно не было. Мы показали, что в этом случае рост пропускной способности совершенно другой. А именно, ёмкость канала, то есть максимальное количество информации, которое может быть передано, растет с ростом мощности входящего сигнала только как логарифм логарифма мощности. Хотя наш бездисперсионный нелинейный канал представляет собой во многих аспектах лишь очень упрощённую модель реального канала связи, данный теоретический результат интересен для оценки максимальной пропускной способности реальных линий связи», – добавил Алексей Резниченко.

 

Источники

Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет - новости на сегодня 11.04.2019
News2world.net, 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Margust (gazeta-margust.ru), 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Margust (gazeta-margust.ru), 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
ИА Город Новостей (city-n.ru), 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
РИА Новости, 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Новости@Rambler.ru, 11/04/2019
Исследования новосибирских физиков могут повысить скорость интернета
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН, 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
3news.ru, 11/04/2019
Сотрудники ИЯФ СО РАН выполнили расчеты, позволяющие повысить скорость интернета
Академия новостей (academ.info), 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Империя (imperiyanews.ru), 11/04/2019
Новосибирские физики нашли решение для ускорения оптоволоконного Интернета
ПолитРоссия (politros.com), 11/04/2019
Новосибирские физики нашли решение для ускорения оптоволоконного Интернета
123ru.net, 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Novosibirsk.4geo.ru, 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Naspravdi.info, 12/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Хорошие новости России (ru-good.ru), 12/04/2019
Исследования новосибирских физиков могут повысить скорость интернета
Media Mag (mag-m.com), 11/04/2019
Исследования новосибирских физиков могут повысить скорость интернета
Upweek (upweek.ru), 11/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
RusCable.Ru, 11/04/2019
Новосибирские физики нашли способ повысить скорость передачи данных по оптоволокну
Новосибирские новости (nscn.ru), 11/04/2019
Российские физики помогут повысить пропускную способность оптоволоконных каналов
Servernews (servernews.ru), 11/04/2019
Российские физики помогут повысить пропускную способность оптоволоконных каналов
Seldon.News (news.myseldon.com), 11/04/2019
В Институте ядерной физики знают, как ускорить интернет
Навигатор (navigato.ru), 12/04/2019
Найден способ увеличения скорости оптоволоконного сигнала
Новости в Мире (novostivm.ru), 14/04/2019
Найден способ увеличения скорости оптоволоконного сигнала
Новости России и Мира (novostidny.ru), 13/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Око планеты (oko-planet.su), 13/04/2019
Найден способ увеличения скорости оптоволоконного сигнала
Mukola.net, 13/04/2019
Найден способ увеличения скорости оптоволоконного сигнала
Индикатор (indicator.ru), 13/04/2019
Найден способ увеличения скорости оптоволоконного сигнала
Новости@Rambler.ru, 13/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет.
Cont.ws, 12/04/2019
Исследования новосибирских физиков могут повысить скорость интернета
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 12/04/2019
Ученые новосибирского Академгородка придумали, как ускорить интернет
Seldon.News (news.myseldon.com), 12/04/2019
Ученые новосибирского Академгородка придумали, как ускорить интернет
Сиб.фм (sib.fm), 12/04/2019
Ученые новосибирского Академгородка придумали, как ускорить интернет
Gorodskoyportal.ru/novosibirsk, 12/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Российский научный фонд (рнф.рф), 12/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Российский научный фонд (rscf.ru), 12/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
Региональная энергетика и энергосбережение (energy.s-kon.ru), 12/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
GisProfi (gisprofi.com), 15/04/2019
Открытие физиков ускорит интернет
АРТУР ДАН (aldana.ru), 15/04/2019
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 12/04/2019
Новосибирские физики выяснили, как можно повысить скорость интернета
The world news (theworldnews.net), 15/04/2019
Новосибирские физики выяснили, как можно повысить скорость интернета
ИА Regnum, 15/04/2019
Исследования новосибирских физиков могут повысить скорость интернета
Институт автоматики и электрометрии (iae.nsk.su), 15/04/2019
Открытие российских физиков ускорит оптоволоконный интернет
СКО (sarko.ru), 15/04/2019
Новосибирские физики выяснили, как можно повысить скорость интернета
Новосибирские новости (nscn.ru), 15/04/2019
Открытие российских физиков ускорит интернет
Newspmr.com, 16/04/2019
Открытие ученых ИЯФ СО РАН может повысить скорость интернета: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 18/04/2019
Открытие ученых ИЯФ СО РАН может повысить скорость интернета
Научная Россия (scientificrussia.ru), 17/04/2019
Открытие ученых ИЯФ СО РАН может повысить скорость интернета
1k.com.ua, 18/04/2019
Исследования новосибирских физиков могут повысить скорость Интернета
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 18/04/2019
Открытие ученых ИЯФ СО РАН может повысить скорость интернета
Русский переплет (pereplet.ru), 18/04/2019
Исследования новосибирских физиков могут повысить скорость интернета
Российский фонд фундаментальных исследований (rfbr.ru), 29/04/2019
Как ускорить интернет
Навигатор (navigato.ru), 10/05/2019

Похожие новости

  • 01/09/2016

    Сергей Турицин: нам вполне по силам быть среди мировых лидеров

    Фотоника как направление специализации появилось в НГУ относительно недавно - с созданием Лаборатории нелинейной фотоники в 2010 г. в рамках мегагранта Правительства РФ. Возглавил лабораторию выпускник Физического факультета НГУ, профессор Сергей Константинович Турицын, директор Института фотоники Университета Астон (Великобритания), который является международно признанным исследовательским центром в сфере фотонных технологий.
    2781
  • 09/09/2019

    Повестка научной сессии Объединенного ученого совета СО РАН по физическим наукам 10 сентября 2019 года

    ​10 сентября 2019 г. в 9.30 в конференц-зале ИЯФ СО РАН состоится научная сессия Объединенного ученого совета СО РАН по физическим наукам. ПОВЕСТКА научной сессии Объединенного ученого совета СО РАН по физическим наукам ИЯФ СО РАН (конференц-зал) 9:30, 10 сентября 2019г.
    371
  • 13/06/2019

    Ученые предлагают городу и области подумать о возможностях применения БНЗТ

    За счет эффективного использования имеющихся ресурсов можно получить первые результаты внедрения революционной технологии лечения онкологии. Установку для проведения предклинических испытаний ученые планируют подготовить к 2022 году — в рамках гранта, предоставленного РНФ.
    424
  • 27/04/2017

    «Фотоника и квантовые оптические технологии» на МНСК-2017

    «Фотоника и квантовые оптические технологии» — такая секция впервые была организована в рамках 55-ой Международной научной студенческой конференции, которая прошла 16-20 апреля в НГУ. Исследования и разработки в направлениях науки и техники, связанных с генерацией и распространением квантов света (фотонов), управлением ими, изучением и использованием их взаимодействия с веществом, бурно развиваются во всем мире, а результаты этих работ быстро выходят на рынок в виде высоковостребованных устройств и технологий - систем сверхбыстрой оптической связи, промышленных лазеров, биомедицинского лазерного оборудования, метрологических и сенсорных устройств, и многих других.
    2817
  • 16/04/2019

    Как синхротронное излучение помогает науке

    ​Половина Нобелевских премий в молекулярной биологии за последние 20 лет отдана синхротронному излучению (СИ). Ученый Анатолий Снигирев рассказал, как получают рентгеновские лучи необходимых параметров и в чем преимущество проектов источников СИ четвертого поколения, реализуемых в России.
    489
  • 16/04/2019

    Восемь ответов на частые вопросы о СНЦ ВВОД

    Зачем нужен Сибирский национальный центр высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных — СНЦ ВВОД? Откуда придут деньги на его создание? Как этот проект связан с синхротроном СКИФ? С другими проектами «Академгородка 2.
    511
  • 29/04/2019

    Физики планируют в 2022 году завершить работы по модернизации источника нейтронов для проведения бор-нейтронозахватной терапии

    В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) завершился очередной этап модернизации ускорительного источника нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). В результате проведенных работ ток протонного пучка увеличили с 5 до 8,5 мА (миллиампер) – в будущем это позволит снизить почти в два раза время облучения пациентов.
    580
  • 05/07/2018

    Юбилей академика Анатолия Шалагина

    ​5 июля 1943 г. родился научный руководитель Института автоматики и электрометрии СО РАН, заведующий лабораторией нелинейной спектроскопии газов, академик, доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный ветеран СО РАН Анатолий Михайлович Шалагин.
    821
  • 19/03/2019

    Новосибирские ученые получили грант на исследование нового метода уничтожения раковых клеток

    Ученые против онкологии - новый раунд! Новосибирский Институт ядерной физики получили грант российского научного фонда - 120 миллионов на продолжение исследований бор-нейтронозахватной терапии. Какие задачи предстоит решить и когда новый метод уничтожения раковых клеток проверят на онкобольных? Под слоем стекла во время эксперимента - раковые клетки глиобластомы - наиболее агрессивной опухоли головного мозга.
    425
  • 29/03/2018

    Флагманские проекты ИАиЭ СО РАН обсудили на научно-технической сессии

    ​13-14 марта 2018 года в ИАиЭ СО РАН состоялась научно-техническая сессия "Флагманские проекты Института автоматики и электрометрии СО РАН в 2018 г. - состояние и перспективы". На сессии присутствовали представители администрации Новосибирска и области, Сибирского отделения РАН, институтов СО РАН, Новосибирского государственного университета, предприятий и организаций, сотрудничающих с ИАиЭ.
    1794