Das versteckte Netzwerk, welches das Internet möglich macht - Sajan Sain

Gesamte Lektion: https://ed.ted.com/lessons/the-hidden-network-that-makes-the-internet-possible-sajan-saini

Im Jahr 2012 stellte ein Forscherteam einen Weltrekord auf und übertrug in einer Sekunde ein Petabit Daten - das sind 10.000 Stunden HD-Video - über ein fünfzig Kilometer langes Kabel. Das war nicht irgendein Kabel. Es war eine frisierte Version eines Glasfaserkabels, die Basis für das verborgene Netzwerk, das unseren Planeten verbindet und das Internet möglich macht. Was sind Glasfasern und wie funktionieren sie? Sajan Saini erforscht diese wichtige Technologie.

Lektion von Sajan Saini, Regie von Artrake Studio.

Im Jahr 2012

erzielte ein dänisch-japanisches
Forscherteam einen Weltrekord:

Sie übertrugen ein Petabit Daten --

das entspricht 10.000 Stunden HD-Videos --

in einer Sekunde über
ein 50 km langes Kabel.

Das war nicht irgendein Kabel.

Es war ein frisiertes Glasfaserkabel,

die Basis für das versteckte Netzwerk,

das unseren Planeten verbindet
und das Internet möglich macht.

Viele Jahrzehnte lang

erfolgte die Kommunikation
über große Entfernungen

zwischen Städten und Ländern

mit elektronischen Signalen,
die über Kupferleitungen geleitet wurden.

Das war langsam und ineffizient.

Metallleitungen begrenzten die Datenrate

und verschwendeten Energie
durch Wärmeabgabe.

Aber im späten 20. Jahrhundert

entwickelten Ingenieure eine viel
bessere Übertragungsmethode.

Anstelle von Metall

wird Glas vorsichtig geschmolzen
und in flexible Faserstränge gezogen,

hunderte Kilometer lang
und nicht dicker als menschliches Haar.

Statt Elektrizität leiten
diese Fasern Lichtimpulse,

um digitale Daten zu übertragen.

Aber wie bewegt sich das Licht im Glas
und strahlt nicht einfach hindurch?

Die Antwort liegt im
Phänomen der Totalreflexion.

Seit dem Wirken von Isaac Newton

wissen Linsenschleifer
und Wissenschaftler,

dass durch die Luft strahlendes Licht
von Wasser und Glas gebrochen wird.

Trifft im Glas ein Lichtstrahl
in einem steilen Winkel auf den Rand,

wird er beim Austritt
in die Luft gebrochen.

Wenn aber der Lichtstrahl
in einem flachen Winkel auftrifft,

wird er so stark gebrochen,

dass er gefangen bleibt und immer
wieder ins Glasinnere abprallt.

Unter den richtigen Bedingungen

kann das sonst transparente Glas
das Licht vor der Welt verstecken.

Im Vergleich zu Elektrizität oder Funk

werden optische Signale über Glasfasern
bei weiten Entfernungen kaum schwächer.

Ein bisschen Energie geht verloren.

Glasfasern dürfen auch nicht
zu stark verbogen werden,

sonst tritt das Licht aus.

Heutzutage leitet eine einzige Glasfaser
viele verschiedene Wellenlängen,

für jeden Datenkanal eine andere.

Ein Glasfaserkabel besteht aus
hunderten dieser Glasfasern.

Auf dem Meeresgrund verlaufen Kabel,
die mehr als eine Million km lang sind,

um unsere Kontinente zu verbinden.

Damit könnte der Äquator
ungefähr 30-mal umwickelt werden.

Durch Glasfasern

spielt die Entfernung
für Daten kaum eine Rolle,

dadurch wurde das Internet
zu einem globalen Computer.

In zunehmendem Maße

baut unser mobiles Arbeiten und Spielen
auf unzählige überlastete Server,

die in riesigen Rechenzentren
auf der ganzen Welt verstreut sind.

Das wird Cloud Computing genannt

und führt zu zwei großen Problemen:

überschüssige Wärme
und Bedarf an Bandbreite.

Der Großteil des Online-Datenverkehrs
schwirrt in Rechenzentren herum,

wo tausende Server über
herkömmliche Elektrokabel verbunden sind.

Die Hälfte ihrer Energie wird
durch die Abgabe von Wärme verschwendet.

Zwischenzeitlich steigt der Bedarf
an kabelloser Bandbreite stetig an

und die Gigahertz-Signale
unserer Mobilgeräte

erreichen ihre Grenzen
der Datenübertragung.

Scheinbar war die Leistung
von Glasfasern zu gut

und sorgte für überhöhte Erwartungen
an Cloud- und mobile Dienste.

Aber eine verwandte Technologie
kam zur Hilfe: die integrierte Photonik.

Licht kann nicht nur in
Glasfasern geleitet werden,

sondern auch in
ultradünnen Siliziumfasern.

Siliziumfasern leiten das Licht
nicht so gut wie Glasfasern,

aber mit ihnen können Ingenieure

die Bausteine eines hundert km
langen Glasfasernetzes

auf kleine photonische Chips
schrumpfen, die in Servern stecken

und elektrische Signale
in optische umwandeln

und umgekehrt.

Durch diese Chips können die
verschwenderischen Elektrokabel

gegen energieeffiziente Fasern
ausgetauscht werden.

Photonische Chips können auch
die kabellose Bandbreite erweitern.

Forscher arbeiten daran,
die mobilen Gigahertz-Signale

durch Terahertz-Frequenzen zu ersetzen,

um Daten tausendmal
schneller zu übertragen.

Das sind jedoch Kurzstrecken-Signale,

die von Luftfeuchtigkeit absorbiert

und von großen Gebäuden blockiert werden.

Mit winzigen umwandelnden
photonischen Übertragungschips,

die in Städten verteilt werden,

können Terahertz-Signale
über weite Entfernungen übertragen werden.

Das erreichen sie mit einem
stabilen Mittelsmann: Glasfasern.

So wird blitzschnelle kabellose
Vernetzung zur Wirklichkeit.

In der Geschichte der Menschheit

hat Licht uns das Sehen
und die Wärme geschenkt.

Es war ein zuverlässiger Begleiter,
als wir die reale Welt erforschten.

Jetzt reichern wir Licht
mit Informationen an

und leiten es über Super-Glasfaser-Bahnen

mit vielen photonischen Ausgängen,

um eine noch größere,
virtuelle Welt zu erschaffen.