În 2012,
o echipă de cercetători japonezi și olandezi a stabilit un nou record,
transmițând un petabit de date,
adică 10.000 de ore de video cu rezoluție mare,
printr-un cablu de peste 50 de kilometri, într-o secundă.
Acesta nu era un cablu obișnuit,
ci o versiune îmbunătățită a fibrei optice,
rețeaua ascunsă ce conectează planeta
și face internetul posibil.
Timp de decenii,
comunicațiile pe distanțe mari între orașe și țări
au fost datorate semnalelor electrice
transmise prin fire din cupru.
Această metodă era înceată și ineficientă,
deoarece limita viteza de transmitere și pierdea energie sub formă de căldură.
Dar la sfârșitul secolului XX,
inginerii au realizat o metodă mult mai bună.
În locul metalului,
sticla poate fi topită cu atenție și transformată în fibre flexibile,
de sute de kilometri lungime și nu mai groase decât un fir de păr.
Și în loc de electricitate,
aceste fire poartă pulsuri de lumină, ce reprezintă datele digitale.
Dar cum e transportată lumina prin sticlă, în loc să treacă prin ea?
Explicație e dată de fenomenul numit reflexie totală.
De pe vremea lui Isaac Newton,
opticienii și oamenii de știință au știut că lumina e refractată
când trece din aer în materiale ca apa sau sticla.
Când o rază de lumină lovește suprafața dintre sticlă și apă la un anumit unghi,
e refractată sau se îndoaie când ajunge în aer.
Dar dacă raza lovește suprafața la un unghi mai mic,
e refractată atât de mult încât rămâne captivă,
reflectându-se în interiorul sticlei.
În condiții potrivite,
ceva în mod normal transparent la lumină, poate în schimb să o ascundă.
În comparație cu electricitatea și undele radio,
semnalele transmise prin fibră optică se degradează puțin pe distanțe mari,
foarte puțină energie e risipită,
iar fibrele nu pot fi îndoite prea mult,
altfel lumina poate ieși.
Astăzi, o singură fibră optică poartă mai multe lungimi de undă de lumină,
fiecare fiind un alt canal de transmitere a datelor.
Iar un cablu de fibră optică conține sute de astfel de fire.
Peste un milion de kilometri de cablu traversează fundul oceanelor noastre
pentru a conecta continentele,
suficient pentru a înconjura ecuatorul de aproape 30 de ori.
Folosind fibra optică,
distanța nu mai limitează transmiterea de date,
ceea ce a permis internetului să devină un computer planetar.
Din ce în ce mai mult,
internetul folosit pentru muncă sau divertisment
se bazează pe o armată de servere suprasolicitate,
aflate în centre de date gigantice din toată lumea.
Acest lucru se numește cloud computing,
și conduce la două mari probleme:
căldură reziduală și cerere de lățime de bandă.
Majoritatea traficului de pe internet are loc în centrele de date,
unde mii de servere sunt conectate prin cabluri electrice tradiționale.
Jumătate din energia consumată de acestea e pierdută prin căldură.
În acest timp, cererea de lățime de bandă e în creștere,
și semnalele de ordinul gigaherților folosite în dispozitivele noastre
își ating limitele.
Pare că fibra optică a fost prea bună pentru binele propriu,
alimentând așteptările foarte ambițioase ale consumului de internet.
Dar o tehnologie asemănătoare, fotonica integrată, a venit în ajutor.
Lumina poate fi ghidată nu doar prin fibre optice,
dar și prin fibre de silicon ultra subțiri.
Fibrele de silicon nu ghidează lumina la fel de bine ca fibra optică.
Dar permit inginerilor să micșoreze
toate dispozitivele dintr-o rețea de fibră optică de sute de kilometri
într-un mic cip fotonic ce e integrat în servere
și convertește semnalele electrice în semnale optice și invers.
Aceste cipuri permit înlocuirea cablurilor electrice ineficiente
din centrele de date cu fibre din silicon eficiente energetic.
Cipurile fotonice pot ajuta la depășirea limitării lățimii de bandă wireless.
Cercetătorii lucrează să înlocuiască frecvențele de ordinul gigaherților
cu cele de ordinul teraherților,
pentru a transmite date de mii de ori mai rapid.
Dar acestea sunt semnale cu rază scurtă:
sunt absorbite de umiditatea din apă
sau sunt blocate de clădirile înalte.
Folosind cipuri ce convertesc semnalul wireless în semnal optic,
distribuite în orașe,
semnalele cu o frecvență de ordinul teraherților
pot fi transmise pe distanțe mari.
Pot face asta folosind un intermediar de încredere,
fibra optică, și pot face conexiunile wireless hiper rapide o realitate.
În toată istoria omenirii,
lumina ne-a permis să vedem și ne-a dăruit căldură,
fiind un companion de încredere în timp ce am explorat lumea fizică.
Acum transmitem date cu ajutorul ei și o direcționăm
prin super autostrăzi de fibră optică,
cu foarte multe ieșiri realizate cu ajutorul fotonicii integrate,
ce pot realizează împreună o lume digitală mult mai extinsă.