Первые опыты

С момента, как человечеству потребовалось передавать данные на большие расстояния, изобретатели сталкивались с физическими барьерами, которые мешали процессу. К примеру, сигнал электрической связи затухал под водой, а сверхвысокочастотные системы ограничивались диапазоном частоты электромагнитных колебаний. Это мотивировало ученых к поиску более надежного способа передачи данных на большие расстояния.

Во второй половине XX века они нашли решение: им стала оптическая связь. Она использует свет для передачи информации.

Материал с минимальным показателем затухания для проведения оптической связи в 1966 году представил Чарльз Као Куэн. Он предложил использовать стеклянное волокно, которое решило проблему с затуханием сигнала. Если в медном кабеле оно составляло 5-10 дБ/км, то в наши дни в оптоволокне на длине волны более 1490 нм оно не превышает 0,25 дБ/км.

Не только оптоволокно

Эксперименты ученых также показали, что организовать оптическую связь можно и с помощью лазера. Для этого нужно направить его лучи с космического спутника в приемник, где фотодетектор обработает и преобразует полученную информацию в электрический сигнал.

Первый официальный запуск лазерной системы связи произошел в 1995 году. Тогда наземная станция Токио успешно приняла сигнал от спутника при помощи лазера. Скорость передачи данных в эксперименте составила 1 Мбит/c.

Однако, как выяснилось, оптическая связь, организованная с помощью лазера, плохо проходит через атмосферу нашей планеты, поэтому пока что ее долгое время активно применяли только в космосе. Например, для передачи данных с марсохода.

Распространение оптоволокна по миру

В СССР испытания оптоволокна проводились в 1970-х годах. Первую оптоволоконную связь проложили в Зеленограде между Северной промзоной и администрацией города. Так как испытание прошло успешно, то в 1981 году правительство подписало Постановление ЦК КПСС и СМ СССР "О разработке и внедрении световодных систем связи и передачи информации", что дало толчок развитию оптоволоконной связи.

Со временем совершенствование лазерных технологий и материала для оптоволоконного кабеля позволило проложить в 1988 году первую в мире трансокеанскую волоконно-оптическую линию связи между США и Японией. К 2003 году скорость передачи в таком кабеле достигла 10,92 Тбит/с, а уже в 2013 году он мог передавать 400 Гб/сек на расстояние 12 800 км.

Оптоволоконная связь сегодня

Оптоволокно сыграло большую роль в развитии интернета, без которого сегодня сложно представить нашу жизнь. Через подводные кабели, которые находятся на глубине 5000 метров, передается почти 99% трафика сети. Именно они связывают страны и континенты.

Технология может показаться устаревшей на фоне развития спутниковой связи. Но на данный момент доля покрытия спутниками составляет менее 1%, и информация с их помощью передается медленнее, чем благодаря оптоволоконным кабелям. Кроме того, организация спутниковой связи выходит дороже.

На 2024 год в мире проложено около 570 трансконтинентальных оптоволоконных кабелей, длина которых достигает миллионы километ­ров.

Происшествия

Истории известны случаи, когда оптоволоконные кабели разрывали, что отрезало от всемирной сети целые страны. Причиной тому становились природные катаклизмы, морские суда, проплывающие мимо, и умышленные действия преступников. Так, в 2019 и 2022 годах Тонга и Фиджи оставались без интернета несколько дней, потому что грузовой корабль неудачно сбросил якорь, зацепив часть кабеля. Атаками со стороны террористов в марте 2024 года подвергалось оптоволокно, соединяющее страны в Красном море, из-за чего сбои наблюдались в большинстве социальных сетей и интернет-сервисах.

Самая крупная авария произошла в 2006 году. Тогда из-за землетрясения пострадало 80% подводных кабелей в Тихом океане. Несмотря на недостатки оптоволокна, частные компании активно инвестируют в их развитие. Google, AzerTelecom, Far North Fiber не только прокладывают новые кабели, но и занимаются разработкой технологий для предотвращения аварий.

Сейчас и оптоволоконные кабели, и корабли оснащены датчиками приближения, благодаря которым удается избежать их столкновений. Оборудование для ремонта оптоволокна тоже регулярно модернизируют. Например, в 2022 году борты ремонтных суден оснастили специальным подвод­ным дроном для проведения работ на кабелях.

Также защитить кабели от разрывов помогают новые способы прокладки интернет-кабеля.

Будущее интернета за лазером

Тем не менее оптоволокно скоро может остаться в прошлом. Развитие технологий требует постоянного увеличения скорости передачи информации, и с этой задачей может справиться только лазер.

Так, в 2021 году спутники SpaceX с системой лазерной передачи помогли достичь потока в 100 Гбит/c. А в 2025 году Ravida планирует запустить 600 аппаратов с оптической связью и еще через три года развернуть сеть нового поколения.

Оптоволокно и квантовые технологии

Благодаря развитию оптоволоконной связи человечество открыло для себя новую связь — квантовую.

Ее главное преимущество заключается в квантовой запутанности, которое обеспечивает практически абсолютную защиту информации. Первую связь, в которой использовалась эта технология, развернули в лаборатории IBM в 1989 году. Расстояние для передачи информации было равно 1,5 метра.

В разработку новых квантовых технологий продолжают вкладываться и сегодня. К примеру, в России в 2016 году появилась первая коммерческая квантовая линия, которая связала два офиса Газпромбанка на расстоянии 30 километров. Еще одну линию запустили в 2020 году, обеспечив коммуникацию между двумя дата-центрами Росатома. А в 2021 году открыли первую междугородную квантовую связь протяженностью 700 километров между Москвой и Санкт-Петербургом. В будущем планируется таким способом объединить еще несколько городов России.

Главной проблемой в реализации квантовых связей остается нагрев оптоволокна, который приводит к нарушению потока фотонов. Спутники также не остаются в стороне от квантовых технологий. Так как свет лазера состоит изкогерентных фотонов, то явление квантовой запутанности распространяется и на него. Так, в Китае, в рамках государственного проекта, в 2015 году был выведен на орбиту первый в мире спутник с технологией квантового шифрования информации.