Интернет со скоростью света

Интернет за последние 10 лет стал неотъемлемой частью нашей жизни. По данным агентств We Are Social и Hootsuite количество пользователей интернета в России в 2021 году составило 124 миллиона или 85% от общей численности населения страны. Но как он работает, почему скорость передачи данных выросла в раз и возможно-ли сделать интернет еще быстрее? Давайте разбираться.

Как работает современный интернет?

Интернет со скоростью света
Оптоволокно

Современный интернет – это магистрали оптоволоконного кабеля, которые лежат на дне океанов, проходят под землей, соединяя континенты и города. В отличие от технологий начала 21 века, где интернет проходил по медным проводам и передавался за счет электронов, то сейчас используются фотоны. Фотоны — это частицы света, а значит, они гораздо быстрее электронов. Кроме того, когда электроны бегут по медным проводам, выделяется тепло, теряется энергия, а значит и качество сигнала падает. Ещё одно хорошее свойство оптоволокна и света – в одном волокне можно передавать сигналы с использованием различных длин волн, то есть можно одновременно передавать несколько сигналов, которые не спутываются друг с другом.

Как свет передаёт информацию?

Как же свет распространяется по дну океанов? Известно, что, когда луч света попадает из одной среды в другую – он преломляется. Если среда, из которой падает свет – более оптически плотная, например, когда свет падает из стекла в воздух, то при достаточно большом угле падения свет будет полностью отражаться от поверхности раздела двух сред. Это явление и называется полным внутренним отражением. Именно такой принцип используется в оптоволокне, чтобы фотоны могли передать необходимый сигнал до вашего устройства.

Фотоны, которые распространяются через кабель, чтобы к вам на емайл пришло письмо о приеме на работу, не потеряются, как это бывает с бумажными письмами. Ведь законы физики не дадут им выйти за пределы кабеля. Поэтому передача сверхскоростного интернета возможно только через оптоволокно.

Таким образом, световой сигнал может распространяться вдоль кабеля без потерь десятки километров по дну океана, обычно примерно через каждые 80-100 километров ставят специальное устройство для усиления оптического сигнала, оно называется ретранслятор.

Далее кабели достигают дата-центров — это большие центры обработки данных. Проблема заключается в том, что в этих центрах для соединения серверов используются обычные медные провода – они сильно нагреваются и обладают низкой пропускной способностью.

Интернет со скоростью света
Дата-центр

Но на выручку может прийти новые технологии – интегральная фотоника. Говоря простыми словами, в электронных микросхемах обрабатываются и передаются электрические сигналы. В фотонных интегральных схемах – световые сигналы. Если использовать вместо оптического волокна тонкие кремниевые волокна, то, пользуясь их тонкостью, можно сделать миниатюрные фотонные чипы, где оптические сигналы будут преобразовываться в электрические, и наоборот. Это позволит экономить энергию, повысить пропускную способность беспроводных сетей и ускорить передачу данных.

Интернет со скоростью света
Фотонная интегральная схема

Как фотоника изменила мир

Использование оптоволокна и фотонов изменило мир и дало новый импульс в развитии интернета. Благодаря оптоволокну скорость домашнего интернета выросла до 1 Гбит/с. И теперь файл размер в 1 гигабайт скачивается за одну минут. Такой скорости хватает для игр на облачных серверах, мгновенной загрузки сайтов, стримов, быстрых обновлений персональных компьютеров и игровых консолей. А недавно японские ученые достигли скорости в 319 Тбит/сек. Скорость, при которой 10 гигабайт информации скачивается мгновенно.

Скорость передачи данных за счет фотонов не только сделает просмотр Ютуба в разрешении в 4К более комфортным, но изменит нашу жизнь. Но об этом мы поговорим в следующий раз.