Vào năm 2012,

một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản
và Đan Mạch đã lập kỷ lục thế giới,

truyền một petabit dữ liệu—

tương đương 10.000 giờ HD video
(video có độ phân giải cao)—

chỉ trong một giây
qua đoạn cáp dài 50 ki-lô-mét.

Không phải cáp thường.

Họ sử dụng
một loại cáp quang đặc biệt,

một mạng lưới ngầm
kết nối toàn thế giới

giúp internet hoạt động.

Trong nhiều thập kỷ,

liên lạc đường dài
giữa các thành phố và quốc gia

được truyền tải bằng tín hiệu điện,

qua dây đồng.

Phương pháp này
chậm và không hiệu quả

vì dây kim loại hạn chế tốc độ dữ liệu
và gây hao tốn năng lượng do tỏa nhiệt.

Nhưng vào cuối thế kỷ 20,

các kỹ sư đã hoàn thiện
một phương pháp truyền dẫn vượt trội.

Thay vì kim loại,

thủy tinh được cẩn thận
nấu chảy và kéo thành sợi dẻo,

dài hàng trăm ki-lô-mét
và mỏng hơn tóc người.

Và thay vì điện,

chúng mang theo xung ánh sáng 
chứa các dữ liệu số.

Làm thế nào ánh sáng chỉ truyền 
trong sợi thủy tinh mà không ra ngoài?

Bí quyết nằm ở
hiện tượng phản xạ toàn phần.

Từ thời Isaac Newton,

những nhà làm kính và khoa học
đã biết rằng ánh sáng bị khúc xạ

khi đi qua mặt phân cách giữa không khí
và vật chất khác như nước hoặc thủy tinh.

Khi tia sáng bên trong thủy tinh chiếu vào
mặt phân cách với một góc nghiêng lớn,

khi đi vào không khí,
nó bị khúc xạ, hay bẻ cong.

Nhưng nếu chùm tia tới hẹp 
(góc tới lớn),

nó sẽ bị bẻ cong
đến mức bị mắc kẹt lại trong thủy tinh,

truyền đi bên trong sợi.

Ở điều kiện thích hợp,

vật liệu vẫn luôn cho ánh sáng đi qua,
giữ nó lại bên trong mình.

So với điện hoặc sóng vô tuyến,

tín hiệu sợi quang gần như
không suy giảm khi truyền đi xa,

dù có chút năng lượng bị thất thoát,

và sợi quang không thể 
bị uốn quá cong

nếu không muốn ánh sáng 
bị truyền ra ngoài.

Ngày nay, một sợi quang
có thể chứa nhiều bước sóng ánh sáng,

mỗi bước sóng
là một kênh dữ liệu khác nhau.

Một sợi cáp quang
chứa hàng trăm sợi quang.

Hơn một triệu ki-lô-mét cáp
đan xen dưới đáy đại dương

kết nối các lục địa,

gần đủ dài để quấn quanh
xích đạo ba mươi lần.

Với sợi quang, khoảng cách khó thể
rào cản trong việc truyền dữ liệu,

cho phép internet
trở thành một máy tính toàn cầu.

Càng ngày, các thiết bị di động của ta
càng phụ thuộc vào hệ thống máy chủ,

được đặt ở các trung tâm dữ liệu khổng lồ
khắp nơi trên thế giới.

Nó được gọi là điện toán đám mây,

và dẫn tới hai vấn đề lớn:

tản nhiệt và nhu cầu băng thông.

Phần lớn lưu lượng truy cập internet 
qua các trung tâm dữ liệu,

nơi hàng ngàn máy chủ được kết nối
bằng cáp điện truyền thống.

Một nửa điện năng 
bị hao phí do thất thoát nhiệt.

Trong khi đó, nhu cầu
băng thông không dây ngày càng tăng

và các tín hiệu gigahertz
trong các thiết bị di động

sắp chạm đến giới hạn phân phối dữ liệu.

Có vẻ như sợi quang quá tốt
nên đã tự gây ra trở ngại,

tạo ra nhiều kỳ vọng vào công nghệ,
điện toán đám mây và điện toán di động.

Nhưng một công nghệ liên quan:
tích hợp quang tử có thể trợ giúp.

Ánh sáng không chỉ
có thể được truyền trong sợi quang,

mà còn trong sợi silicon siêu mỏng.

Dù không có khả năng
truyền dẫn tốt như sợi quang,

chúng cho phép các kỹ sư

thu nhỏ mạng cáp quang 
hàng trăm ki-lô-mét

thành các chíp quang tử nhỏ,
có thể cắm vào máy chủ,

chuyển đổi tín hiệu điện sang quang,
và ngược lại.

Những con chíp chuyển đổi tín hiệu
điện sang quang này

cho phép thay thế cáp điện 
ở trung tâm dữ liệu

thành dạng sợi 
có hiệu năng cao hơn.

Chíp quang tử còn có thể giúp phá vỡ
các giới hạn băng thông không dây.

Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực
để chuyển tín hiệu di động từ gigahertz

sang tần số terahertz,

để tăng tốc độ truyền tải dữ liệu
lên vài ngàn lần.

Nhưng đây là những tín hiệu tầm ngắn:

bị hấp thụ bởi độ ẩm trong không khí

hoặc bị chặn bởi các tòa nhà cao tầng.

Khi những con chíp
không-dây-đến-sợi-quang nhỏ

có mặt khắp các thành phố,

tín hiệu terahertz
có thể được truyền đi xa,

thông qua một vật liệu
trung gian ổn định: cáp quang,

và biến kết nối không dây siêu tốc
thành hiện thực.

Xuyên suốt lịch sử nhân loại,

ánh sáng đã ban tặng cho ta
tầm nhìn và nhiệt lượng,

là người bạn trung thành trong quá trình
khám phá và hiểu biết thế giới.

Hiện nay, ta dùng ánh sáng
để mã hóa thông tin

và điều hướng nó
dọc theo dây cáp quang siêu tốc

với nhiều ngõ ra
quang tử tích hợp

để xây dựng
thế giới ảo ngày một rộng lớn.