Internet. La rete nascosta che lo rende possibile | TedEd

Nel 2012, un team di ricercatori ha stabilito un record mondiale, trasmettendo 1 petabit di dati, ovvero 10.000 ore di video ad alta definizione, su un cavo di cinquanta chilometri, in un secondo. Questo non era solo un cavo. Era una versione pompata di fibre ottiche, la rete nascosta che collega il nostro pianeta e rende possibile Internet. Cos’è la fibra ottica, e come funziona? Sajan Saini esplora questa tecnologia vitale.

Per decenni, le comunicazioni a lunga distanza tra città e paesi erano trasportate da segnali elettrici, in fili di rame. Questo era lento e inefficiente, con fili metallici che limitavano la velocità dei dati e la potenza persa sotto forma di calore sprecato. Ma alla fine del 20° secolo, gli ingegneri hanno scoperto un metodo di trasmissione di gran lunga superiore. Invece del metallo, il vetro può essere accuratamente fuso e trafilato in fibre flessibili, lunghe centinaia di chilometri e non più spesse dei capelli umani. E, invece dell’elettricità, questi fili trasportano impulsi di luce, che rappresentano i dati digitali.

Ma come fa la luce a viaggiare nel vetro, piuttosto che a passarci attraverso? Il trucco sta in un fenomeno noto come riflessione interna totale. Dall’epoca di Isaac Newton, i produttori di lenti e gli scienziati hanno saputo che la luce si piega quando passa tra l’aria e materiali come l’acqua o il vetro. Quando un raggio di luce all’interno del vetro colpisce la sua superficie con un angolo ripido, rifrange o si piega quando esce nell’aria. Ma se il raggio viaggia ad un angolo poco profondo, si piegherà così lontano da rimanere intrappolato, rimbalzando all’interno del vetro. Sotto le giuste condizioni, qualcosa di normalmente trasparente alla luce può invece nasconderla al mondo.

Rispetto all’elettricità o alla radio, i segnali in fibra ottica si degradano a malapena a grandi distanze – un po’ di energia si disperde e le fibre non possono piegarsi troppo bruscamente, altrimenti la luce fuoriesce. Oggi, una singola fibra ottica trasporta molte lunghezze d’onda di luce, ciascuna un diverso canale di dati. E un cavo in fibra ottica contiene centinaia di questi fili in fibra. Oltre un milione di chilometri di cavi che attraversano i nostri fondali oceanici per collegare i continenti: è sufficiente per avvolgere l’Equatore per circa trenta volte.

Con le fibre ottiche, la distanza limita i dati, il che ha permesso l’evoluzione di Internet in un computer planetario. Sempre più spesso, il nostro lavoro mobile e il gioco si basano su legioni di server informatici oberati di lavoro, immagazzinati in giganteschi data center lanciati in tutto il mondo. Questo è chiamato cloud computing e porta a due grossi problemi: lo spreco di calore e la richiesta di larghezza di banda.

La stragrande maggioranza delle navette per il traffico Internet si trova all’interno dei data center, dove migliaia di server sono collegati tramite cavi elettrici tradizionali. La metà del loro potere corrente è sprecata come calore. Nel frattempo, la domanda di larghezza di banda wireless procede costantemente, ed i segnali gigahertz utilizzati nei nostri dispositivi mobili stanno raggiungendo i loro limiti di consegna dei dati. Sembra che la fibra ottica sia stata troppo buona per il suo stesso bene, alimentando aspettative eccessivamente ambiziose sul cloud e sul mobile computing.

Ma una tecnologia correlata, la fotonica integrata, è venuta in soccorso. La luce può essere guidata non solo nelle fibre ottiche, ma anche nei fili ultrasottili di silicio. I fili di silicio non guidano la luce bene come la fibra. Ma consentono agli ingegneri di ridurre tutti i dispositivi in ​​una rete in fibra ottica di cento chilometri fino a piccoli chip fotonici che si collegano ai server e convertono i loro segnali elettrici in ottici e viceversa. Questi chip da elettricità a luce consentono di scambiare cavi elettrici sprecati nei data center per ottenere fibre efficienti dal punto di vista energetico.

I chip fotonici possono anche aiutare a superare anche i limiti di larghezza di banda wireless. I ricercatori stanno lavorando per sostituire i segnali gigahertz mobili con frequenze terahertz, per trasportare dati migliaia di volte più velocemente. Ma questi sono segnali a corto raggio: vengono assorbiti dall’umidità nell’aria o bloccati da edifici alti. Con minuscoli chip trasmettitori fotonici wireless-fibra distribuiti in tutte le città, i segnali terahertz possono essere inoltrati su distanze a lungo raggio. Possono farlo attraverso un middleman stabile, una fibra ottica, e rendere la connettività wireless iperfast una realtà.

Per tutta la storia umana, la luce ci ha regalato la vista e il calore, servendo da compagno costante mentre esploravamo e sistemavamo il mondo fisico. Ora abbiamo sellato la luce con le informazioni e l’abbiamo reindirizzata per correre lungo una superstrada in fibra ottica – con molte diverse uscite fotoniche integrate – per costruire un mondo virtuale ancora più ampio.

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