Im Jahr 2012
erzielte ein dänisch-japanisches Forscherteam einen Weltrekord:
Sie übertrugen ein Petabit Daten --
das entspricht 10.000 Stunden HD-Videos --
in einer Sekunde über ein 50 km langes Kabel.
Das war nicht irgendein Kabel.
Es war ein frisiertes Glasfaserkabel,
die Basis für das versteckte Netzwerk,
das unseren Planeten verbindet und das Internet möglich macht.
Viele Jahrzehnte lang
erfolgte die Kommunikation über große Entfernungen
zwischen Städten und Ländern
mit elektronischen Signalen, die über Kupferleitungen geleitet wurden.
Das war langsam und ineffizient.
Metallleitungen begrenzten die Datenrate
und verschwendeten Energie durch Wärmeabgabe.
Aber im späten 20. Jahrhundert
entwickelten Ingenieure eine viel bessere Übertragungsmethode.
Anstelle von Metall
wird Glas vorsichtig geschmolzen und in flexible Faserstränge gezogen,
hunderte Kilometer lang und nicht dicker als menschliches Haar.
Statt Elektrizität leiten diese Fasern Lichtimpulse,
um digitale Daten zu übertragen.
Aber wie bewegt sich das Licht im Glas und strahlt nicht einfach hindurch?
Die Antwort liegt im Phänomen der Totalreflexion.
Seit dem Wirken von Isaac Newton
wissen Linsenschleifer und Wissenschaftler,
dass durch die Luft strahlendes Licht von Wasser und Glas gebrochen wird.
Trifft im Glas ein Lichtstrahl in einem steilen Winkel auf den Rand,
wird er beim Austritt in die Luft gebrochen.
Wenn aber der Lichtstrahl in einem flachen Winkel auftrifft,
wird er so stark gebrochen,
dass er gefangen bleibt und immer wieder ins Glasinnere abprallt.
Unter den richtigen Bedingungen
kann das sonst transparente Glas das Licht vor der Welt verstecken.
Im Vergleich zu Elektrizität oder Funk
werden optische Signale über Glasfasern bei weiten Entfernungen kaum schwächer.
Ein bisschen Energie geht verloren.
Glasfasern dürfen auch nicht zu stark verbogen werden,
sonst tritt das Licht aus.
Heutzutage leitet eine einzige Glasfaser viele verschiedene Wellenlängen,
für jeden Datenkanal eine andere.
Ein Glasfaserkabel besteht aus hunderten dieser Glasfasern.
Auf dem Meeresgrund verlaufen Kabel, die mehr als eine Million km lang sind,
um unsere Kontinente zu verbinden.
Damit könnte der Äquator ungefähr 30-mal umwickelt werden.
Durch Glasfasern
spielt die Entfernung für Daten kaum eine Rolle,
dadurch wurde das Internet zu einem globalen Computer.
In zunehmendem Maße
baut unser mobiles Arbeiten und Spielen auf unzählige überlastete Server,
die in riesigen Rechenzentren auf der ganzen Welt verstreut sind.
Das wird Cloud Computing genannt
und führt zu zwei großen Problemen:
überschüssige Wärme und Bedarf an Bandbreite.
Der Großteil des Online-Datenverkehrs schwirrt in Rechenzentren herum,
wo tausende Server über herkömmliche Elektrokabel verbunden sind.
Die Hälfte ihrer Energie wird durch die Abgabe von Wärme verschwendet.
Zwischenzeitlich steigt der Bedarf an kabelloser Bandbreite stetig an
und die Gigahertz-Signale unserer Mobilgeräte
erreichen ihre Grenzen der Datenübertragung.
Scheinbar war die Leistung von Glasfasern zu gut
und sorgte für überhöhte Erwartungen an Cloud- und mobile Dienste.
Aber eine verwandte Technologie kam zur Hilfe: die integrierte Photonik.
Licht kann nicht nur in Glasfasern geleitet werden,
sondern auch in ultradünnen Siliziumfasern.
Siliziumfasern leiten das Licht nicht so gut wie Glasfasern,
aber mit ihnen können Ingenieure
die Bausteine eines hundert km langen Glasfasernetzes
auf kleine photonische Chips schrumpfen, die in Servern stecken
und elektrische Signale in optische umwandeln
und umgekehrt.
Durch diese Chips können die verschwenderischen Elektrokabel
gegen energieeffiziente Fasern ausgetauscht werden.
Photonische Chips können auch die kabellose Bandbreite erweitern.
Forscher arbeiten daran, die mobilen Gigahertz-Signale
durch Terahertz-Frequenzen zu ersetzen,
um Daten tausendmal schneller zu übertragen.
Das sind jedoch Kurzstrecken-Signale,
die von Luftfeuchtigkeit absorbiert
und von großen Gebäuden blockiert werden.
Mit winzigen umwandelnden photonischen Übertragungschips,
die in Städten verteilt werden,
können Terahertz-Signale über weite Entfernungen übertragen werden.
Das erreichen sie mit einem stabilen Mittelsmann: Glasfasern.
So wird blitzschnelle kabellose Vernetzung zur Wirklichkeit.
In der Geschichte der Menschheit
hat Licht uns das Sehen und die Wärme geschenkt.
Es war ein zuverlässiger Begleiter, als wir die reale Welt erforschten.
Jetzt reichern wir Licht mit Informationen an
und leiten es über Super-Glasfaser-Bahnen
mit vielen photonischen Ausgängen,
um eine noch größere, virtuelle Welt zu erschaffen.