NTTは長距離光通信において、伝送途中の光信号を柔軟に制御するプログラマブル光回路を開発し、受信側のデジタル信号処理（DSP）の負荷を低減する技術を実証したと発表した（ニュースリリース）。1300km級の長距離光伝送実験で、信号の時間的な広がりを約60％低減した。DSPの処理負荷を60％以上削減することに相当する成果で、光通信ネットワークの大容量化と低消費電力化への貢献が期待される。
生成AIやクラウドサービスの普及に伴い、光通信ネットワークでは伝送容量の拡大が求められている。特に、1本の光ファイバで複数の空間モードを使って情報を伝送する空間分割多重（SDM）技術では、モード間の信号の混ざり合いや伝搬速度の違いによって信号が時間的に広がる。この影響を補償するため、受信側では大規模なDSPが必要となり、消費電力や処理遅延の増大が課題だった。
研究グループは、こうした課題に対し、光ファイバの伝送途中にプログラマブル光回路を導入する手法を開発した。回路には石英導波路（PLC）技術を採用し、複数のマッハツェンダー型光干渉計をアレー状に配置。各干渉計の位相を調整することで、複数の光信号の混ざり方を制御できる。
試作した光回路は、挿入損失2.1dB、動作帯域40nm、偏波無依存性、制御忠実度96％超、入出力ポート数8を同時に達成した。同社によると、長距離光通信に必要なこれらの性能を兼ね備えたプログラマブル光回路の実現は世界初という。
さらに、光回路を含む伝送路全体を深層ニューラルネットワーク（DNN）に見立て、受信側の処理負荷が小さくなるように光回路の設定を最適化する手法を構築した。DNNの学習に用いられる誤差逆伝搬法を活用し、信号の時間的な広がりが最小となるように各光干渉計の位相を調整する。
実証実験では、3つの空間モードを伝搬する光ファイバを用い、51.2kmの伝送路を繰り返し通過させることで、最大1331.2kmの長距離伝送を行なった。その結果、約1300km伝送後の信号の時間的な広がりを、光回路の制御を行なわない場合の約27nsから約10nsに抑え、約60％の低減を確認した。
この成果は、受信側で補償する信号の時間範囲を短縮し、DSPの演算負荷を軽減できる可能性を示すものだ。実験でDSP自体の消費電力を60％削減したわけではないが、信号処理に必要な演算量やメモリー量の削減につながるとしている。
今後は、より多くの空間モードを扱う光伝送への適用や、光スイッチング機能との統合、伝送路の状態変化に対応するリアルタイム制御などを進める。データセンター間通信から大陸間の海底ケーブルまで幅広い光ネットワークへの展開を視野に入れ、大容量化と低消費電力化、低遅延化の両立を目指す。
