Mit einem speziellen Verfahren der Datenübertragung ist deutschen Forschern nach eigenen Angaben ein Weltrekord gelungen: In nur einer Sekunde transferierten sie eine Datenmenge von 26 Terabit - das ist der Inhalt von 700 DVDs - via Laserstrahl über eine Distanz von 50 Kilometern. An der Umsetzung waren auch Mitarbeiter der Schweizer Time-Bandwidth beteiligt.
Die Wissenschaftler um Jürg Leuthold vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) schlagen mit dem Experiment ihren eigenen Rekord in der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung vom Jahr 2010, in dem sie bereits die magische Grenze von 10 Terabit pro Sekunde, also eine Datenrate von 10.000 Milliarden Bit pro Sekunde, durchbrechen konnten. Der Erfolg gelang der Gruppe dank eines von ihr entwickelten Verfahrens zur Datendekodierung, wie sie in einer Studie berichten. Das neue optisch-elektrische Dekodierverfahren beruht darauf, dass zu Beginn bei höchsten Datenraten zunächst rein optisch gerechnet wird, um die grosse Datenrate auf kleinere Bitraten hinunterzubrechen, welche anschliessend elektrisch weiterprozessiert werden können. Die zunächst optische Reduzierung der Bitraten ist notwendig, da es bei einer Datenrate von 26 Terabit pro Sekunde keine elektronischen Verarbeitungsprozesse gibt.
Für die Rekord-Datenkodierung verwendet das Team um Leuthold das sogenannte Orthogonale Frequenz-Division Multiplexing (OFDM). Das Verfahren wird seit Jahren in der Mobilkommunikation erfolgreich eingesetzt und greift auf mathematische Routinen (Fast Fourier Transformation) zurück. "Die Kunst bestand darin, das Verfahren nicht nur tausendmal, sondern für die Datenverarbeitung bei 26 Terabit pro Sekunde fast eine Million mal schneller zu machen", betont Leuthold in einer Aussendung des KIT. "Die bahnbrechnende Idee war letztendlich die optische Umsetzung der mathematischen Routine." Dabei zeigte sich, dass das Rechnen im optischen Bereich nicht nur ausserordentlich schnell, sondern auch sehr energieeffizient ist, da Energie nur für den Laser und wenige Prozessschritte benötigt wird.
"Unser Ergebnis führt vor Augen, dass selbst bei extrem hohen Datenraten noch keine physikalischen Grenzen überschritten sind", sagt Leuthold mit Blick auf das stetig wachsende Datenaufkommen im Internet. Die Übertragung von 26 Terabit pro Sekunde zeige, so Leuthold, dass selbst hohe Datengeschwindigkeiten heute handhabbar seien - und das bei sparsamem Umgang mit der wertvollen Ressource Energie. Datenraten von 26 Terabit pro Sekunde galten noch bis vor wenigen Jahren selbst für Systeme mit vielen Lasern als utopisch. "Man hätte auch gar keine Anwendungen dafür gehabt", sagt Leuthold. "Mit 26 Terabit pro Sekunde hätte man bis zu 400 Millionen Telefongespräche gleichzeitig übertragen können. Niemand hätte das damals benötigt. Heute ist das anders."
Videoübertragungen dominieren das Internet und verlangen extrem hohe Bitraten und der Bedarf wächst ständig. In den Kommunikationsnetzen werden heute bereits erste Strecken mit Kanaldatenraten von 100 Gigabit pro Sekunde (entspricht 0,1 Terabit pro Sekunde) in Betrieb genommen. Die Forschung konzentriert sich nun darauf, Systeme für Übertragungsstrecken mit 400 Gbit/s bis zu 1 Tbit/s zu entwickeln. Die Karlsruher Erfindung greift damit der laufenden Entwicklung vor. Bei der experimentellen Umsetzung der ultraschnellen Datenübertragung am KIT haben Unternehmen und Wissenschaftler aus ganz Europa mitgewirkt. So waren Mitarbeiter von Agilent und Micram Deutschland, Time-Bandwidth Schweiz, Finisar Israel und der Universität Southampton in Grosbritannien beteiligt.
"26 TBit s-1 line-rate super-channel transmission utilizing all-optical fast Fourier transform processing" von Jürg Leuthold und Kollegen ist in "Nature Photonics" erschienen.
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