Globalny ruch internetowy bezustannie rośnie. Z raportu Cisco Visual Networking Index wynika, że w roku 2021 całkowity ruch sieciowy sięgnie około 3,3 zettabajtów, czyli niemal trzykrotnie więcej niż w roku 2016. Średnia przepustowość łączy szerokopasmowych ma się zwiększyć do 53 Mb/s. Do „przyziemnych” problemów dołącza jeszcze jeden, o wiele bardziej doniosły. Już niedługo rozpocznie się era kolonizacji kosmosu. Odległości, które będą musiały przebyć informacje wysyłane np. załogom lecącym na Marsa, są zupełnie nowym wyzwaniem dla naukowców.
Technologia komunikacyjna, którą dysponujemy obecnie, wkrótce stanie się niewystarczająca. Potrzebny jest rewolucyjny krok naprzód – taki, który pozostawi fale radiowe i światłowody daleko w tyle.
Nowinka sprzed pół wieku
Laser nie jest nowością w świecie komputerów. Niewielkie lasery półprzewodnikowe służą już od lat w napędach dysków optycznych czy jako nadajniki w światłowodach. Zasada ich działania jest prosta: przepływający prąd wywołuje błyski stanowiące zakodowaną informację. Od wynalezienia w roku 1962 te urządzenia cieszą się niesłabnącą popularnością. Mają niski koszt produkcji, dużą wydajność i kompaktową konstrukcję.
Na początku do przesyłu danych światłowodem wykorzystywano lasery monochromatyczne. Później przeprowadzano próby skonstruowania systemu z wieloma kolorami, by umożliwić podział przesyłanej informacji na „strumienie.” To podejście wykorzystywane jest od dawna w sieciach Wi-Fi oraz telewizji cyfrowej. Kilka lat temu w eksperymencie przeprowadzonym przez profesora Jürga Leutholda z Instytutu Fotoniki, Elektroniki Kwantowej i Mikrostruktur w Karlsruhe udało się przesłać 26 terabitów w sekundę na odległość 50 kilometrów. Wykorzystano do tego 370 laserów świecących w 325 różnych kolorach, a po stronie odbiornika konieczne było opracowanie zupełnie nowego systemu do odkodowywania napływających danych.
Miniaturowe lasery są też wykorzystywane przy budowie komputerów. Transmisja cyfrowej informacji za pomocą wiązki światła jest o wiele szybsza niż „klasyczna”, z użyciem impulsów elektrycznych w przewodnikach. Dlatego dziś optyczna transmisja nie jest niczym wyjątkowym nawet na płycie głównej komputera. To właśnie w ten sposób firma Lightfleet skonstruowała superszybki komputer wyposażony w 32 procesory, komunikujące się między sobą wiązkami światła. Okazało się, że tak zbudowane urządzenie ma mniejsze zapotrzebowanie na energię niż „normalny” odpowiednik.
Lepiej i szybciej?
Mimo imponujących osiągnięć światłowody mają swoje wady. Światło jest zamknięte w przewodzie wypełnionym zazwyczaj włóknem szklanym lub plastikiem, który uniemożliwia ucieczkę promieni na zewnątrz. Materiały te w pewnym stopniu tłumią impulsy, co wpływa negatywnie na jakość sygnału. Ponadto zachodzi zjawisko dyspersji powodujące, że fale świetlne o różnych długościach docierają do odbiornika z opóźnieniem względem siebie. Im dłuższy przewód, tym bardziej zniekształcony jest sygnał wyjściowy. To znacząco ogranicza maksymalną długość przewodów, a górna granica przepustowości to około trzech terabajtów na sekundę. Kable wypełnione w środku powietrzem mają lepsze parametry, przepustowość sięga aż 74 TB/s.
Światłowody to w zasadzie etap przejściowy. Udało się zaprząc światło do pracy w telekomunikacji, co znacznie przyspieszyło transfer danych, ale doskonale wiadomo, że wyniki mogłyby być jeszcze lepsze. Poza tym nie wszędzie da się poprowadzić kabel.
