マイケル・ロバートソン: 光通信のパイオニアがネットワークから切断

Oct 30, 2023

40年以上光通信の分野で働いてきましたが、マイケル・ロバートソンは、光ファイバーの分野で世界で最も長く勤務する専門家の 1 人です。 引退を記念して、彼はアニタ・チャンドランに、学際的な研究、彼が成し遂げた画期的な進歩、英国における光ファイバーの良い面と悪い面について語ります。

インターネットから書籍、ビデオ、PDF を簡単にダウンロードできる機能は、当たり前のことだと思われがちです。 メールで送信された同じファイルを受信するのにどれくらい時間がかかるかを想像してみてください。 ソーシャル メディア、ニュース、テレビ番組、映画、学術論文など、インターネットを使用するとほぼ瞬時にアクセスできるようになります。 これは、現代世界を真に変革した情報経済における革命です。

電気通信の歴史は 1850 年代後半に始まり、英国と米国の間に電気信号を伝送する長さ 3,000 km の銅ケーブルが敷設され、ビクトリア女王が最初の大陸横断電報を送信できるようになりました。 このメッセージはアメリカのジェームズ・ブキャナン大統領に宛てたもので、送信には17時間以上かかったが、含まれていたのはわずか98ワード、つまり500バイト未満の情報だった。 対照的に、今日の電気通信ネットワークでは、主に光ファイバー技術のおかげで、数秒以内にギガバイトのデータを海を越えて送信できます。

光ファイバーケーブルにメッセージを送信するには、メッセージをパルスや光のフラッシュなどの光信号に変換してから、可能な限り効率的にガラスファイバーに沿って送信する必要があります。 次に、信号を検出してデータ形式に変換し直す必要があります。 これは高度な技術を必要とする多段階のプロセスであり、その一部は光ファイバー通信の分野で約 43 年間従事した後、レーザー ゴーグルをやめたばかりの先駆的な物理学者マイケル ロバートソンによって開発および実装されました。

ロバートソンは、イプスウィッチのマートルシャム ヒースにある世界有数のフォトニクス研究施設でキャリアを過ごしました。 当初は郵便局研究ステーションとして知られていた企業の研究所ですが、長年にわたってさまざまな所有権を経て、現在はアダストラル・パークと呼ばれています。 ここでロバートソンは、光ファイバー通信ケーブルでのデータ転送速度を大幅に向上させるテクノロジーを開発しました。 ロバートソン氏と彼のチームが取り組んだ取り組みは、今日私たちが依存しているインターネット インフラストラクチャの多くを支え続けています。パンデミックの根幹である Zoom や Skype でさえ、彼らが開発したテクノロジーを使用しています。

もちろん、より高速に動作するには電子機器が必要ですが、それは同じ[光]ファイバーです…それが私たちが達成したことであり、同じファイバー上ではるかに高いデータレートです。」

ロバートソン氏の研究は、光信号をケーブルに送信するために使用されるレーザーと、光信号を受信するために使用される検出器に焦点を当てました。 「80年代初頭には8メガビット（毎秒）程度でスタートしましたが、現在は25ギガビットです」と彼は言います。 システムが一緒に「多重化」され、複数の信号を 1 本の光ケーブルで同時に送信できるようになると、この数はさらに増加し​​ます。 「それを多重化すると、100 ギガビット以上のデータが得られ、マイナス面はほとんどなく大幅な増加が得られます。」 この取り組みは、1980 年代に可能であった 10,000 倍以上のデータを送信するために、最小限の追加インフラストラクチャが必要になったことを意味します。

「もちろん、より高速に動作するには電子機器が必要ですが、それは同じ（光）ファイバーです」とロバートソン氏は言います。 「これが私たちが達成したことであり、同じファイバー上ではるかに高いデータレートです。」 これは、信号が依然として同じ光ファイバーを介して送信されているにもかかわらず、1980 年代にはダウンロードに 1 時間以上かかったムービークリップに、現在では 1 秒以内にアクセスできることを意味します。

ロバートソンはセント・アンドルーズ大学で物理学者としての道を歩み始め、1976年に同大学を卒業した後、硫化カドミウム太陽電池の博士号を取得するためにダラム大学に移った。 「何か役に立つことをしたいと思っていました。太陽エネルギーは将来にとって重要だと考えていました。（博士号を）取得した後も、何か役に立つことを続けたいと思っていました。」と彼は言います。 ロバートソン氏は 1979 年にダラムを去り、その時は「光通信がちょうど普及し始めたばかりだった」と彼は述べています。

彼は郵便局研究局に就職しましたが、すぐにブリティッシュ テレコム (BT) に引き継がれ、BT 研究所 (BT Labs) になりました。 ここでは、実験物理学者として、光通信ネットワークの重要なコンポーネントである半導体レーザーとフォトダイオードの研究に取り組みました。 ロバートソンは学習能力が高く、博士課程で取得した固体物理学と他の多くのスキルを統合しました。

「私はオプトエレクトロニクスでさまざまなことをやりました。エピタキシーをやったり、モデリングをやったり、レーザーの信頼性の研究をしたりしました。そこが私のスタート地点でした」とロバートソン氏は言い、レーザーの信頼性が「初期の大きな問題だった」と付け加えました。 半導体をベースにしたレーザーデバイスは高電流密度で動作します。つまり、小さな領域に大量の電流を流す必要があり、故障しやすくなります。 「彼らは一日しか持たないでしょう。そして私たちは、彼らが最長25年間持つように努力しなければなりませんでした。これが、彼らが今できる一生の一種です。」と彼は回想します。 これは、これらのダイオードが光通信ネットワークで信頼性の高い性能を発揮するために必要な寿命でもあります。

1989年頃、ロバートソンはその専門知識をマートルシャム・ヒースから約1キロ離れたBT&Dとして知られる小さな研究所に持ち込んだ。BT&DはBTが米国の大手企業デュポンと設立した研究所だった。 彼は自分自身を「検出器プロジェクトを担当する技術者」と呼んでいますが、これは BT&D での固体物理学の研究の影響を疑う控えめな表現です。 ロバートソンと彼のチームが、特定の種類の半導体結晶を多層で成長させるための有機金属気相エピタキシー (MOVP) として知られる技術を初めて実装したのはそこでした。 これらの半導体は、変調器、検出器、レーザーなど、光ファイバー通信システムを構成する多くの重要なコンポーネントで使用されています。

MOVP 成長技術は、もともと BT に長年拠点を置く科学者である Rodney Moss によって開発されました。 ロバートソン氏の言葉を借りれば、それは光通信の状況に「劇的な変化」をもたらした。 ロバートソン氏が BT&D で MOVP に取り組む以前は、半導体は信頼性の低い小さな断片でしか成長できませんでした。 このため、特に電気通信ネットワークの端で小さな信号を検出する場合に、その用途が制限されていました。 しかし、MOVP を使用することで、ロバートソンははるかに大きな半導体結晶を成長させることができました。 これらは信頼性が高く、重要なことに、より速く変調する信号を検出できる高速光検出器も可能になり、データ収集速度が向上しました。

BT&D で 1 年間勤務した後、ロバートソンはマートルシャム ヒースにある BT の研究室に戻り、1993 年にロバートソンと BT と BT&D の両方のチームがオプトエレクトロニクス材料に関する研究で英国女王賞技術賞 (現在は英国王立企業賞の一部) を受賞しました。そしてデバイス。 しかしその後、「ドットコム」ブームの2000年に、同社はロバートソン氏が働いていた施設を米国の光通信大手コーニングに売却した。 2000 年代初頭にドットコム バブルが崩壊すると、コーニングはマートルシャム ヒースから撤退し、研究所のインフラストラクチャと機器の多くを残しました。 この場所はイングランド東部開発庁に引き継がれ、ロバートソン氏と当時の上司デビッド・スミス氏は2003年に統合フォトニクスセンター（CIP）と呼ばれる新興企業を設立した。このセンターは2012年まで存在し、その時点で政府は開発機関の関与を打ち切り、CIPは中国の技術企業ファーウェイに売却され、現在もその所有権が維持されている。

常に変化する研究室の性質と、その中でのロバートソンのキャリアは、英国の電気通信業界の変化する様相を象徴しています。 各企業には独自の特徴、戦略、欠点がありました。 「BT 時代は最も自由でした」と彼は BT を、多くの点でこの分野を先駆けた世界的に有名な作戦として振り返っています。 一方、ファーウェイはこの研究所に最も明確な商業的焦点を当てている。 「我々はファーウェイの極限に近づいている。彼らは我々がそこから売り出せるものを望んでいる。」

一部の政治家や評論家はファーウェイのこのような注目度の高い分野への関与に疑問を呈しており、英国政府は2020年にファーウェイに対する安全保障上の懸念を表明していた。政府はファーウェイを2027年までに英国の5Gネットワ​​ークから排除することを望んでいると述べ、また、光ファイバー企業に対し、ファーウェイの機器から距離を置くよう勧告した。 しかし、ファーウェイに対する批判について尋ねられると、ロバートソン氏は比較的楽観的なようだ。 「報道で読まれているセキュリティ問題に関する限り、[マートルシャム・ヒースでは]私たちはそのすべてから完全に切り離されています。私たちが行っているのは材料の研究なので、バックドアはありません。私たちはそのままでやっていくことができます」 」

変化する労働環境に関係なく、より良い科学技術の追求は常にロバートソンにとって大きな原動力であり、会社で働くことは彼にぴったりでした。

多くの物理学者は学術研究環境の知的自由を享受しているが、ロバートソン氏は、より多くの資金とより優れた機器を利用できる産業界で働くことに抵抗はなかったと語る。 同氏はさらに、大学ではより柔軟性があったのに対し、「結果に重点が置かれていた」と付け加えた。

学者の多くは、束縛されるよりも自分の理論を追求したいと思うかもしれませんが、私は決してそうではありませんでした。 私はいつも何かを作って、それが機能するかどうかを確認することに満足していました。

「流れに乗れて嬉しかったです」と彼は言う。 「学者の多くは、束縛されるよりも自分の理論を追求したいと思うかもしれませんが、私は決してそのようなことはありませんでした。何かを作ってそれが機能するかどうかを確認することにいつも満足していました。」 ロバートソンは、特定の狭い分野に人生を捧げるには「非常に特定のタイプの性格」が必要だと考えているが、「これらすべての異なることに取り組むことができて恵まれている」とも付け加えた。

これほど長いキャリアの中で、ロバートソンが変えたであろうことは何かあるだろうか？ 彼は、チームの個人的な貢献ではなく、BT と英国政府がファイバー・トゥ・ザ・ホーム (FTTH または FTTP) テクノロジーに投資しなかったことを指摘しています。 FTTH は、光ファイバー ケーブルを家、住宅、オフィスに直接引き込み、テナントや従業員に高速のインターネット速度を提供するインフラストラクチャです。

「英国はファイバーの展開において世界の他の国々に比べて何マイルも遅れています」と彼は言います。 これは、英国では高速インターネットへのアクセスが他国に比べて遅れていることを意味します。 ロバートソン氏は、これはBTによる初期投資の欠如が原因だとしている。

「20 年近く前、私は技術的な観点から FTTH の推進に携わっていましたが、実際に説得しなければならないのは財務担当者です」と彼は言います。 同氏の説明によれば、政府はFTTHの展開についてBTと協議しているが、電気通信業界で独占が形成されることも懸念しており、FTTHの「巨額のコスト」をBTに費やすことを躊躇していた――とはいえ、ロバートソン氏氏は、それはわずか数十億ポンドという比較的控えめな金額だっただろうと考えています。 同時に、BTは政​​府が自社の光ファイバーネットワークを競争に開放するよう強制するのではないかと懸念し、テクノロジー自体への投資に消極的だった。 行き詰まりが生じ、英国でFTTHネットワークを構築する機会は失われた。

しかし、ロバートソン氏は、投資は依然として英国の FTTH ネットワークを助けることができると信じています。 「残念ですが、（FTTHは）現在展開されているので、それは良いことです」と彼は言います。 「2019年、英国は実際、欧州の家庭向け光ファイバーのリストで最下位でした。現在では36位です。」

ロバートソン氏は、光学、エレクトロニクス、レーザー、モデリング、情報科学にまたがるキャリアを振り返り、物理学の多くの分野にまたがって楽しく仕事をしてきており、自分自身を特定の分野に固執する人よりも「ゼネラリストに近い」と述べています。 その多様な経験により、彼は最終的にファーウェイの研究およびコラボレーションマネージャーに就任し、同社と英国およびヨーロッパ全土の他の学術研究機関や企業研究機関とのつながりを管理しました。 現在66歳のロバートソン氏は正式に引退したが、多くの物理学者と同様に、今でも月に数日はファーウェイに出入りしている。

「自分のキャリアが華々しいものだとは思っていません」とロバートソンは言うが、彼は光通信への多大な貢献について毅然とした態度で語り続けている。 また、家族がテレビが映るのはあなたのせいだとか、ビデオがこんなに早くダウンロードできるのはあなたのせいだと冗談を言ったことがあるかと尋ねると、彼は自虐的に笑いながら「たまにある」と答えた。 一方、彼の同僚たちは、彼の光通信分野への影響についてもっと率直に語っている。

彼は謙虚すぎて言えないかもしれませんが、彼の仕事はインターネットに接続できる英国内のすべての人に利益をもたらしています

「マートルシャム・ヒースでのマイケルのキャリアは、オプトエレクトロニクス産業の発展を通じた旅です」とファーウェイUKのコラボレーションディレクター、マイケル・ヒルキング氏は語る。 「彼は謙虚すぎて言えないでしょうが、彼の仕事はインターネットに接続できる英国内のすべての人に利益をもたらしました。」 これは、ファーウェイUKの研究開発部門最高経営責任者であるヘンク・コープマンス氏も同様の見解で、「マイケル氏は、英国におけるフォトニクスの発展に多大な貢献をしてきたことを非常に誇りに思うはずだ」としている。