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Poco più di un anno fa, ad aprile 2020, il National Institute of Information and Communications Technology (NICT) giapponese annunciava di aver raggiunto uno strabiliante record di velocità di trasmissione dati su fibra ottica, pari a 172 Terabit per secondo. Adesso lo stesso ente di ricerca annuncia di aver quasi raddoppiato la velocità: 319 Terabit per secondo, raggiunti su una fibra ottica lunga ben 3.000 chilometri.
Si tratta di un valore elevatissimo, se consideriamo che la NASA americana ha a disposizione per la sua infrastruttura informatica una connessione da "soli" 400 Gbps (Gigabit per secondo, ovvero 0,4 Terabit per secondo). Ancor più importante è il fatto che quest'ultimo record è stato realizzato usando un tipo di fibra ottica non molto diversa da quella attualmente usata dagli operatori telefonici di tutto il mondo, cosa che lascia ben sperare per il futuro di questa tecnologia.
Fibra ottica: il nuovo record
Il nuovo record di velocità di trasmissione dati è stato ottenuto partendo dall'infrastruttura in fibra ottica esistente, con l'aggiunta di alcune tecnologie più avanzate rispetto a quelle oggi in uso. Ad esempio, sono stati utilizzati cavi con quattro "core" (i sottilissimi fili di vetro all'interno delle fibre che trasportano i dati), mentre la fibra usata solitamente per le comunicazioni commerciali ha un solo core.
Inoltre, i segnali luminosi sono stati suddivisi in più lunghezze d'onda diverse, in modo da poterli trasmettere contemporaneamente, utilizzando una tecnica chiamata "wavelength-division multiplexing" (WDM) e aggiungendo una terza banda di frequenze per trasportare più dati. Infine, è stato possibile mantenere inalterata la potenza del segnale lungo tutti i 3.001 chilometri dell'esperimento usando nuove tecnologie di amplificazione ottica.
Con questo sistema il segnale viene generato da un laser “a pettine”, in grado di creare 552 canali luminosi con diverse lunghezze d'onda. Questa luce viene quindi fatta passare attraverso una modulazione a doppia polarizzazione, ritardando alcune lunghezze d'onda per creare diverse sequenze di segnali.
Ognuna di queste sequenze di segnali viene quindi veicolata in uno dei quattro core della fibra ottica e inizia a viaggiare verso i primi amplificatore di segnale, situati a circa 70 chilometri di distanza. Gli amplificatori sono di due tipi: uno arricchito con erbio, l'altro arricchito con tulio (entrambi gli elementi appartengono alle cosiddette terre rare). Dai primi amplificatori il segnale esce potenziato e prosegue lungo il secondo tratto, al termine del quale troverà dei nuovi amplificatori e così via lungo tutto il percorso.
Perché questo record è importante
La cosa veramente interessante di questo esperimento è che il segnale viene veicolato da quattro core e non da uno, ma ogni core ha le dimensioni e le caratteristiche dei normali cavi in fibra ottica. Non servono nuovi metodi di produzione della fibra, quindi, per costruire i necessari cavi a quattro core.
Una seconda buona notizia è che la quantità di terre rare usate per costruire gli amplificatori è molto limitata. Ciò vuol dire che questa tecnologia potrebbe passare in modo relativamente facile e veloce dalla teoria alla pratica e senza comportare costi troppo elevati.
Inoltre, mentre il precedente record di 172 Terabit per secondo è stato ottenuto su una distanza massima di 2.040 chilometri, in questo caso sono stati raggiunti i 3.000 chilometri. Non cresce solo la velocità, quindi, ma anche la massima distanza percorribile senza che il segnale degradi sensibilmente.
Infine, è degno di nota il fatto che i 172 Terabit per secondo sono stati raggiunti con una tecnologia quasi identica ma usando tre core e che passando da tre a quattro core si è ottenuto un incremento delle prestazioni di circa il 90%. "Il NICT continuerà a sviluppare sistemi di trasmissione a banda larga e a lunga distanza - si legge in calce al paper con cui è stato annunciato il record di velocità - ed esplorerà nuovi modi per aumentare ulteriormente la capacità di trasmissione delle fibre multi-core [...] Inoltre, lavoreremo per estendere il raggio di trasmissione alle distanze transoceaniche".
Il riferimento degli scienziati giapponesi è chiaro, come il loro obiettivo: applicare la nuova tecnologia ai grandi cavi sottomarini che connettono i continenti, per aumentarne in modo esponenziale la capacità di trasmissione dei dati sull’intera rete planetaria.
Cavi come il Dunant di Google, che unisce l'Europa agli Stati Uniti e che con 12 coppie di fibre raggiunge i 250 Terabit al secondo, o il cavo Grace Hopper, al momento ancora in costruzione sempre tra USA ed Europa, che con 16 coppie di fibre raggiungerà i 352 Terabit al secondo. O ancora il cavo Equiano che entro fine 2021 collegherà il Portogallo al Sud Africa (oltre 12 mila chilometri di distanza) ad una velocità di 200 Terabit al secondo.
Questi cavi oggi usano la tecnologia "space-division multiplexing" (SDM), che potrebbe essere usata insieme a quella WDM che stanno sviluppando i ricercatori giapponesi per raggiungere velocità di trasmissione oggi impensabili.
