Rozwiązanie wydaje się wręcz banalne – zamiast przesyłać światło przez szkło, wystarczy zapewnić mu drogę przez powietrze. Tyle że zbudowanie odpowiednio długiego i sprawnego światłowodu tego typu jest znacznie trudniejsze, niż mogłoby się wydawać. Chińscy inżynierowie postanowili więc sprawdzić, jak daleko mogą przesunąć granice tej technologii i osiągnęli intrygujący wynik, który moim zdaniem zasługuje na uwagę nie tyle ze względu na rekordowe liczby, ile sposób ich uzyskania.
Ponad 1000 kilometrów światłowodu, który ma w środku powietrze
Za eksperyment odpowiadają China Telecom, producent światłowodów YOFC oraz ZTE. Firmy połączyły ponad 300 szpul światłowodu z pustym rdzeniem (hollow-core fiber) w jeden tor transmisyjny o długości dokładnie 1007,48 kilometra. Następnie uzyskały jednoczesną transmisję na poziomie 64 Tb/s w każdym kierunku, czyli łącznie 128 Tb/s. Dla lepszego zobrazowania skali mówimy o przepustowości 8 terabajtów na sekundę w jedną stronę, co teoretycznie wystarczyłoby do przesłania 160 gier o wielkości 50 GB każdy w ciągu jednej sekundy.
Czytaj też: Transatlantyk nowej ery. Światłowód Petal prześle milion gigabitów na sekundę
Jeszcze ciekawszy jest jednak czas propagacji sygnału, który na dystansie około 1000 kilometrów wyniósł zaledwie 3,43 milisekundy w jedną stronę. Dla porównania światło potrzebuje około 5 milisekund, żeby przebyć podobną drogę w klasycznym światłowodzie. Stąd deklarowana przez Chińczyków redukcja opóźnień o około 30 procent, choć pamiętajcie, że mowa o samym przesyłaniu sygnału, a nie całkowitym opóźnieniu połączenia internetowego, na którego składa się jeszcze interpretowanie sygnału wejścia i wyjścia.
Jak więc to działa? Zamiast typowego szklanego rdzenia, przez który biegnie światło, inżynierowie wykorzystują kanał wypełniony gazem. Otaczająca go odpowiednio ukształtowana struktura szklana utrzymuje światło wewnątrz, a ponieważ przemieszcza się ono głównie przez powietrze, jego prędkość jest znacznie bliższa tej osiąganej w próżni. Dodatkową zaletą są ograniczone efekty nieliniowe, które w klasycznych włóknach utrudniają przesyłanie sygnałów optycznych o wysokiej mocy.
Czy Chiny rzeczywiście pobiły rekord? Microsoft ma już swoje osiągnięcia
Warto tutaj przypomnieć, że światłowody hollow-core nie są chińskim wynalazkiem ani technologią, która dopiero zaczyna opuszczać laboratoria. Microsoft rozwija je od lat, a od 2023 roku wykorzystuje w wybranych regionach swojej infrastruktury Azure. Co więcej, w 2025 roku firma przedstawiła wyniki eksperymentu z transmisją na dystansie sięgającym aż 11154 kilometrów, a więc wielokrotnie większym niż w najnowszej chińskiej próbie.
Czy oznacza to, że Chińczycy chwalą się rekordem, który tak naprawdę nie jest rekordem? Niekoniecznie, bo Microsoft wykorzystał pętlę recyrkulacyjną o długości około 360 kilometrów, przez którą sygnał przechodził wielokrotnie. Chińczycy zbudowali natomiast fizyczny tor o długości ponad 1000 kilometrów i zapewnili jednoczesną transmisję w obu kierunkach przez jedno włókno, bez takiej recyrkulacji. Oba eksperymenty sprawdzały więc nieco inne możliwości technologii.
Czytaj też: Spłaszczyli światłowód i zyskali czulszy zmysł dotyku. Tak mogą wyglądać nerwy maszyn przyszłości
Najbardziej interesuje mnie jednak fakt, że chiński zespół osiągnął taką przepustowość przy wykorzystaniu komercyjnych wzmacniaczy optycznych o standardowej mocy. Inżynierowie musieli przy tym ograniczyć pochłanianie określonych długości fal przez dwutlenek i tlenek węgla obecne we włóknie, a także zapanować nad odbiciami oraz interferencjami między modami światła. Dzięki temu pojedyncza długość fali mogła przenosić dane z szybkością 800 Gb/s, a cała instalacja działała w rozszerzonych pasmach C i L.
Chińskie firmy deklarują również dwukrotnie większą przepustowość i o 60 procent większy zasięg względem porównywanych światłowodów ze szklanym rdzeniem. Do tych wartości podchodzę jednak ostrożnie, bo producenci nie przedstawili wystarczająco precyzyjnego punktu odniesienia. Sam eksperyment nie dowodzi przecież, że każdy nowy światłowód automatycznie zapewni dwukrotnie lepsze parametry niż tradycyjna infrastruktura.
Czy światłowody z pustym rdzeniem zastąpią klasyczne?
Światłowody typu hollow-core mają sens przede wszystkim wtedy, kiedy korzyści z ich wykorzystania uzasadniają koszt produkcji, instalacji i późniejszego utrzymania. Tradycyjne włókna są tanie, trwałe, łatwe do łączenia i korzystają z infrastruktury rozwijanej przez dziesięciolecia. Ich zastąpienie wymagałoby więc znacznie więcej niż tylko udowodnienia przewagi w laboratoryjnym eksperymencie. Microsoft już zresztą inwestuje w zwiększanie skali produkcji takich włókien, a Chińczycy rozwijają ponad dziesięć projektów pilotażowych i komercyjnych. Technologia ma więc solidne podstawy do dalszego rozwoju, ale nie oznacza to jeszcze, że dostawcy Internetu zaczną masowo wymieniać istniejące światłowody.
Podobny problem opisywałem już przy chińskim systemie łączącym procesory za pomocą fotoniki. Zwiększanie mocy obliczeniowej ma bowiem coraz mniej sensu, jeśli poszczególne maszyny tracą zbyt dużo czasu na komunikację. Tam chodziło o przesyłanie danych między układami wewnątrz systemu obliczeniowego, a tutaj o znacznie większe odległości. Kierunek jest jednak podobny – ograniczyć czas i zasoby, które komputery marnują na wymianę informacji, zamiast wykonywać właściwe obliczenia.
Czytaj też: Naukowcy zamrozili światłowód i osiągnęli przełom. Oddziaływanie światła i dźwięku wzrosło jak szalone
Osobiście nie spodziewam się jednak, że światłowody z pustym rdzeniem szybko zastąpią tradycyjne włókna optyczne w całym Internecie, bo najzwyczajniej w świecie nie wszędzie ma to sens. Jednak w świecie, w którym firmy wydają miliardy dolarów na centra danych, a każdy kolejny klaster procesorów wymaga coraz sprawniejszej komunikacji, skrócenie czasu propagacji sygnału o około jedną trzecią przestaje być byle małą optymalizacją. Chińczycy pokazali więc coś ważnego, choć do pełnego sukcesu komercyjnego nadal prowadzi długa droga. Sam jestem ciekaw, czy za dekadę nadal będziemy w takim stopniu przesyłać światło przez szkło, skoro już dziś potrafimy robić to szybciej przez powietrze.
Źródła: China Telecom, CCTV, Microsoft Research, Microsoft Azure
