در ۲۰۱۲،
یک تیم تحقیقاتی ژاپنی و دانمارکی یک رکورد جهانی زدند،
انتقال ۱ پتابایت محتوا
و آن ۱۰٫۰۰۰ ساعت ویدئو با کیفیت خیلی شفاف
از طریق پنجاه کیلومتر کابل، در یک ثانیه.
این فقط یک کابل معمولی نبود.
این یک نسخهٔ تقویت شدهٔ فیبر نوری بود
شبکه پنهانی که سیارهمان را به هم وصل کرده
و اینترنت را ممکن کرده.
برای دههها،
ارتباطات از راه دور بین شهرها و کشورها
به وسیله سیگنالهای الکتریکی برقرار میشد،
از سیمهایی که از مس ساخته شده بود.
این بسیار آهسته و ناکارآمد بود،
با سیمهای فلزی سرعت دیتا محدود بود و قدرتش به خاطر حرارت از بین میرفت.
اما در اواخر قرن بیستم،
مهندسین بر روشهای فوق حرفهایِ انتقال مسلط شدند.
به جای فلز،
شیشه میتوانست با احتیاط ذوب شود و و به رشتههای فیبرمنعطف دربیاید،
صدها کیلومترطولش باشد و به نازکی موهای انسان باشد.
این رشتهها به جای برق،
به عنوان محتوای دیجیتال، پالسهای نور را جابجا میکنند،
اما چگونه نور از درون شیشه میگذرد بدون اینکه از آن عبور کند؟
رمز آن در پدیدهای به نامِ بازتابِ داخلیِ کلی نهفته است.
از زمان اسحاق نیوتون تا الان،
لنزسازان و دانشمندان میدانستند وقتی نور از بین هوا و موادی مثل آب
یا شیشه عبور میکند، میتواند شکسته شود.
وقتی شعاعی از نور، درون شیشه به سطحی با زاویه تند برخورد میکند،
میشکند، یا هنگام خارج شدن در هوا خم میشود.
اما اگر اشعه از زاویه ملایم عبور کند،
منحرف میشود و بنابراین گیر میافتد،
و به درون شیشه باز میگردد.
تحت شرایط درست،
چیزی که معمولاّ نور را از خود میگذراند میتواند از دید جهان پنهانش کند.
در مقایسه با برق یا رادیو،
سیگنالهای فیبر نوری در فواصل زیاد به سختی دچار افت کیفیت میشوند --
یک نیروی کوچک پراکندگی زیادی ایجاد میکند،
و فیبرها نمیتوانند خیلی سریع خم شوند،
وگرنه نور بیرون میزند.
امروزه، یک سیگنال فیبرنوری، نورهایی با طول موجهای زیاد حمل میکند،
و هر یک با کانال محتوای متفاوت.
و یک کابل فیبر نوری شامل صدها رشته فیبری است.
بیشتر از یک میلیون کیلومتر از کابلها بطور متقاطع کف اقیانوسهای ما قرار دارند
تا کشورها را به هم متصل کنند --
این میزان برای اینکه دور خط استوا حدود سی بار بپیچد کافی است.
با فیبرهای نوری،
فاصله نمیتواند داده را محدود کند،
و این موجب شده که اینترنت سر از خیلی از کامپیوترها درآورد.
به طور روزافزون،
کار و بازی با موبایلهایمان بستگی به کارکرد سرورهای کامپیوتر دارد،
که در مراکز کلان داده در سراسر جهان انباشته شدهاند.
این محاسبات ابری نامیده میشود،
و منجر به دو مشکل بزرگ میشود:
دفع حرارت و نیاز به پهنای باند.
مقدار زیادی از ترافیک اینترنت، اطراف مراکز داده در رفت و آمد است
جایی که هزاران سرور به وسیلهٔ کابلهای برق سنتی بهم متصل شدهاند.
نیمی از قدرت در جریانشان به شکل حرارت از بین میرود.
درحالیکه، پهنای باند بیسیم دائماً به حرکت آنها بستگی دارد،
و سیگنالهای گیگاهرتز که در موبایلهای ما استفاده میشوند
در حال محدود شدن دریافت محتوا هستند.
به نظر میرسد فیبرهای نوری خیلی خوب بودهاند،
بارگذاری مافوق تصور ابر و انتظارات محاسبههایی قابل انتقال.
اما یک تکنولوژی وابسته و ادغام شده با فوتونها، به کمک آمده است.
نور نه تنها در فیبرهای نوری،
بلکه در سیمهای سیلیکونی فوق باریک هم میتواند هدایت شود.
سیمهای سیلیکونی نور را مثل فیبر هدایت نمیکنند.
اما آنها مهندسین را قادر به کوچک کردن
تمام دستگاهها در یک شبکه فیبر نوری کردهاند
تا حد چیپهای فوتونی که به سرور متصل میشوند
و سیگنالهای الکتریکیشان را به نوری تبدیل میکنند و برعکس.
این چیپهای تبدیل الکتریسیته به نور اجازه میدهد تا
کابلهای الکتریکی ناکارآمد در مراکز محتوا، با فیبر جایگزین شوند.
چیپهای فوتونی میتوانند به محدودیتهای پهنای باند بیسیم در فواصل باز کمک کنند.
محققین در حال کارکردن بر روی جایگزینی سیگنالهای گیگاهرتز موبایل
با فرکانسهای تراهرتز هستند،
که محتوا را هزاران برابر سریعتر حمل کنند.
اما اینها سیگنالهای با برد پایین هستند:
آنها توسط رطوبت هوا جذب میشوند،
یا با ساختمانهای بلند مسدود میشوند.
با چیپهای جابجاکننده فوتونی فیبری- به- بیسیم کوچک
در تمام شهرها پخش میشوند،
سیگنالهای تراهرتز میتوانند به فاصلههای دوردست بروند.
آنها میتوانند از طریق واسطهی ثابت این کار را بکنند،
فیبرهای نوری، و ساخت ازتباط بیسیمِ سریع السیر یک حقیقت است.
در طول تاریخ بشریت،
نور با دیدن و حرارت، به ما ارزانی شده است،
مثل یک همراه ثابت وقتیکه درحال جستجو و زندگی در جهان فیزیکی هستیم.
امروزه، به نور اطلاعات تحمیل میکنیم و هدایتش میکنیم
تا در شاهراه فیبری،
با خروجیهای مختلف فوتونی حرکت کند
تا جهان مجازی تا جایی که میتواند گستردهتر شود.