В миллион раз быстрее: перевернет ли возможности интернета новый рекорд скорости

По оптоволоконному кабелю можно передавать более петабита (миллиона гигабит или ГБ) данных в секунду. Это продемонстрировали японские исследователи из Национального института информационных и коммуникационных технологий. Это впятеро больше, чем у самого мощного в мире подводного оптоволоконного кабеля Marea. При этом, в отличие от трансатлантического гиганта, инновационный японский кабель имеет всего четыре жилы оптического волокна суммарным диаметром в полмиллиметра.

Разработчики надеются, что новая технология будет внедрена достаточно быстро благодаря почти стандартной конструкции кабеля. Означает ли это, что привычный интернет станет быстрее в миллионы раз?

Нервы цивилизации

Компьютеры постоянно меняют не только наш быт, но и весь облик мировой экономики. Но эту революцию создают не столько отдельные машины, сколько сети. Ни удаленная работа, ни интернет-торговля, ни современный финансовый рынок, ни обширная индустрия сетевых развлечений не существовали бы без, как говорили в прежние времена, крепкого коннекта и быстрого пинга.

В 2020 году мировой интернет-трафик превышал три зеттабайта (ЗБ). Это примерно 1 ГБ на человека в день. Для сравнения: 30 лет назад трафик компьютерных сетей составлял всего 100 ГБ в день на всю планету. Информационные потоки закономерно породили потоки финансовые: в 2018 году услуги, которые оказываются или могут оказываться в интернете, составляли половину всего мирового рынка услуг.

Новые технологии добираются во все уголки планеты. Из всех континентов только к Антарктиде еще не протянуто подводного кабеля, а мобильных телефонов в мире существенно больше, чем унитазов. Ничто так не связывает человечество в единое целое, как сеть телекоммуникаций. И ее главные информационные магистрали — оптоволоконные кабели.

Сила в прозрачности

Дело в том, что пропускная способность оптического волокна куда больше, чем у электрического кабеля или радиоволн. К тому же оптоволокно долговечно и сравнительно недорого.

Оптическое волокно делается из стекла. Информацию по нему передают инфракрасные волны (они не так сильно поглощаются и рассеиваются, как свет). Правда, излучение распространяется не строго вдоль волокна, а наискосок, многократно отражаясь от его внутренней поверхности. Можно представить себе этот сигнал как шарик для пинг-понга, который путешествует по трубе, отскакивая от ее стенок.

Оптоволоконный кабель состоит из нескольких стеклянных нитей — жил. Каждая из них — это отдельный канал связи. Понятно, что чем больше жил в кабеле, тем больше информации можно по нему передать. Кабель, проложенный между двумя стойками одной серверной, обычно имеет от четырех до шестнадцати жил, а в городских магистралях счет может идти и на сотни.

Но вместе с толщиной кабеля растет и его стоимость. Можно ли вместо количества жил увеличить пропускную способность каждой жилы? Да, именно это и сделали японские физики.

Шоссе в будущее

Любой волновой сигнал занимает несколько близких частот, подобно тому как автомобиль занимает место на дороге. Чем шире улица, тем больше машин может ехать по ней одновременно. Аналогично, чем шире доступная полоса частот, тем больше информации можно передавать по каналу связи.

У оптоволоконной связи есть два стандартных частотных диапазона. Японские исследователи добавили к ним еще и третий. Благодаря этому они добились рекордной для оптического волокна полосы частот в 20 терагерц (ТГц). На такую «дорогу» поместилось более 800 «автомобилей» (сигналов, различающихся частотой).

Разумеется, у инновации есть своя цена. Как бы ни было прозрачно стекло, постепенно оно поглощает инфракрасные волны. Поэтому оптоволоконная линия — это не только стеклянные нити, но и расставленные в нужных местах инфракрасные лазеры, обновляющие ослабевший сигнал. Эти-то усилители и пришлось серьезно модифицировать, чтобы не сказать — полностью переделать. Так что переход на прорывную технологию потребует обновления производства.

И все же во многих других отношениях использованный в эксперименте кабель совершенно обычен. Он имеет широко распространенное количество жил (четыре) и стандартный диаметр одной жилы (0,125 мм). Но самое важное — передаваемые данные могут быть прочитаны стандартными устройствами.

Этим новшество выгодно отличается от технологии, продемонстрированной в том же институте в 2020 году. Тогда исследователи тоже передавали петабит в секунду, причем даже не по четырем жилам кабеля, а по одной. Однако способ записи данных в инфракрасный луч был очень нестандартным. Обычные устройства не могли читать такой сигнал. Так что для перехода на эту технологию пришлось бы заменить не только оптоволоконные линии, но и приемное оборудование. Новая разработка лишена этого недостатка.

Если она будет внедрена, интернет-трафик может достичь невиданных высот. Четырехжильный кабель, бухта которого уместилась бы под столом, обходит по пропускной способности трансокеанский Marea. Что же будет, если собрать линию размером с Marea по этой технологии?

От этой перспективы захватывает дух. Кто бы отказался ускорить интернет в миллион раз? Но стоит помнить, что жесткие диски не станут от этого в миллион раз вместительнее, а процессоры — в миллион раз быстрее. Информацию нужно хранить и обрабатывать, а не только передавать, и именно эти технологии могут стать «узким местом». Впрочем, если квантовые компьютеры оправдают себя, они могут составить прекрасную пару с петабитовыми сетями.