2012-ben
egy csapat japán és dán kutató
világrekordot állított fel,
amikor egy petabitnyi adatot –
ami 10 000 órányi
nagy felbontású videónak felel meg –
vitt át egy 50 kilométeres kábelen
egy másodperc alatt.
Ez nem akármilyen kábel volt,
hanem felturbózott optikai szál –
a bolygónkat összekötő
rejtett kábelrengeteg,
mely lehetővé teszi az internetet.
Évtizedekig
a távolsági kommunikáció
a városok és országok között
elektromos jelek útján,
rézvezetékeken keresztül történt.
Ez lassú volt és nem kielégítő,
mivel a fémvezetékek
korlátozták az adatsebességet,
és a hővesztés miatt a teljesítményt.
De a 20. század végén
a mérnökök sokkal jobb
átviteli módot találtak.
A fém helyett
gondosan megolvasztott üvegből
rugalmas optikai szálakat fűznek,
melyek több száz kilométer hosszúak
és hajszálvékonyak.
És elektromosság helyett
a szálak fényimpulzusokat szállítanak,
melyek digitális adatként jelennek meg,
De hogyan utazik a fény az üvegben,
és nem csak áthalad rajta?
A trükk a teljes fényvisszaverődés
néven ismert jelenségben rejlik.
Isaac Newton kora óta
a lencsekészítők és a tudósok
tudják, hogy a fény megtörik,
amikor levegőn, vízen
vagy üvegen halad át.
Amikor egy fénysugár az üvegben
meredek szögben éri el annak felületét
megtörik vagy meghajlik,
amint a levegőbe távozik.
De ha a sugár kis szögben terjed,
annyira meghajlik, hogy bent ragad,
az üveg belsejében pattogva.
Adott esetben egy dolog,
ami amúgy átereszti a fényt,
olykor elrejtheti azt a világ elől.
Az elektromos vagy rádiójelekhez képest
az optikai szálak jelei
alig gyengülnek nagy távolságon –
egy kis energia szétszóródik,
a szálak pedig nem hajolhatnak élesen,
máskülönben a fény kiszivárog.
Manapság egyetlen optikai szál
különböző hullámhosszúságú fényt szállít,
melyek mindegyike egy-egy adatcsatorna.
Egy optikai kábel több száz
ilyen optikai szálat tartalmaz.
Több mint 1 millió kilométernyi kábel
keresztezi az óceánok fenekét,
hogy összekösse a kontinenseket.
Ez elegendő ahhoz, hogy az Egyenlítőt
majdnem harmincszor körbetekerjük.
Az optikai kábelekkel
a távolság alig szab határt az adatoknak,
mely lehetővé tette, hogy az internet
egy bolygónyi számítógéppé fejlődjön.
Távmunkánk és mobilos szórakozásunk
egyre inkább túlterhelt
szervergépek hadára támaszkodik,
amiket gigantikus adatközpontokban
tárolnak szanaszét a világban.
Ez az ún. felhőalapú számítástechnika,
ami két nagy problémához vezet:
hőveszteséghez és sávszélesség-igényhez.
Az internetforgalom nagy része
adatközpontok belsejében történik,
ahol több ezer szerver van összekötve
hagyományos elektromos kábelekkel.
Ezek működési energiájának
fele hőként elveszik.
Eközben a vezeték nélküli sávszélesség
iránti kereslet folyamatosan növekszik,
és a telefonunk által használt
gigahertzes sávok
elérik az adatátviteli korlátjukat.
Úgy tűnik, hogy az optikai kábelek
vesztét saját jóságuk hozza el,
mivel túlfűtötték a magas
felhőalapú mobilinformatikai elvárásokat.
De egy rokon technológia,
az integrált fotonika, a segítségére jött.
A fényt nem csak optikai
szálakban lehet vezetni,
hanem ultravékony szilíciumszálakban is.
A szilíciumszálak nem vezetik
olyan jól a fényt, mint az optikaiak.
De a mérnökök ezáltal
képesek összezsugorítani
egy száz kilométeren belüli
optikai hálózat összes eszközét
egy szerverekbe illesztett
apró fotonikai chipre,
melynek elektromos jeleit
átalakítják optikaira és vissza.
Az elektromosból fényt csináló chipek
által az adatközpontok pazarló kábeleit
képesek energiahatékony
optikai szálakra cserélni.
A fotonikus chipekkel túlszárnyalhatóak
a vezeték nélküli sávszélesség határai is.
A kutatók dolgoznak
a mobil frekvenciasávok
gigahertzesről terahertzesre növelésén,
megsokszorozva így
az adattovábbítási sebességet.
De ezeket a rövid hatótávolságú jeleket
a levegő nedvessége elnyeli
és a magas épületek blokkolják.
A városokban szétszórt,
vezeték nélküli adatból optikait
csináló fotonikai chipek
a terahertzes jeleket nagy
hatótávolságon is továbbítják.
Egy stabil közvetítőn,
az optikai szálon keresztül
megvalósulhat a hipergyors
vezeték nélküli kapcsolat.
Az emberiség eddigi történetében
a fény látvánnyal
és hővel jutalmazott minket,
állandó társként szolgált anyagi világunk
felfedezésében és birtokba vételében.
Mára az információval
kordában tartott fényt
optikai szálon futó
szuperpályákra vezettük rá,
rajta számos különböző
integrált fotonikus kijárattal,
hogy egy még átfogóbb,
virtuális világot építsünk fel.