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.