Предел каналов связи.

В посте про тепловое излучение мы получили, что тепловые фотоны несут в среднем чуть больше 5 бит информации, и это максимум среди всех типов излучения. Этот факт накладывает физический предел на максимальную пропускную способность каналов связи: оптоволокна, лазеров, радиосвязи и обычных проводов, ведь во всех них передаются фотоны, только разной длины волны.

Максимальная пропускная способность канала связи равна 5 бит на 1 фотон.

Отсюда следует, что увеличивать пропускную способность канала можно только увеличивая мощность излучения.

Легко вывести такую формулу:
Iₘₐₓ = 5Wλ/hc
где:
Iₘₐₓ — максимальная пропускная способность канала в бит/с.
W — мощность источника излучения.
λ — длина волны излучения.

Из формулы следует, что помимо увеличения мощности, можно также увеличивать длину волны фотонов. Но никто не отменял предел Ландауэра, в соответствии с которым: Iₘₐₓ < W / (kT ln2)
Отсюда: λ < hc / (3.6kT)

Получается, что чтобы увеличивать длину волны фотонов, нужно понижать температуру источника излучения.

Также можно спрогнозировать, примерно когда на практике мы упремся в этот предел. По аналогии с законом Мура для чипов, существует закон Эдхольма, который утверждает, что пропускная способность каналов связи тоже удваивается каждые 1.5 года (см график к посту). При том же энергопотреблении.

Современные оптико-волоконные каналы связи достигли эффективности 100 Гб/с на 1 Вт при длине волны ~1550 нм. Максимальное же значение пропускной способности по нашей формуле будет на 9 порядков больше и будет достигнуто примерно через 45 лет. И это примерно соответствует сроку достижения предела Ландауэра для чипов.

#Пределы@entropians
#Наука@entropians
#Мнение@entropians
#Будущее@entropians