La corsa verso il petabit ha raggiunto un traguardo storico. Un team internazionale guidato dall'Istituto Nazionale di Informazione e Comunicazione Tecnologica (NICT) del Giappone, in collaborazione con Sumitomo Electric Industries, ha stabilito un record mondiale nelle telecomunicazioni ottiche che potrebbe ridefinire il futuro delle nostre infrastrutture digitali. La trasmissione di dati a 1,02 Petabit al secondo su una distanza di 1.808 chilometri - paragonabile alla traversata del Giappone da Sapporo a Fukuoka o da Berlino a Napoli - rappresenta un avanzamento tecnologico di portata straordinaria che potrebbe risolvere l'equazione tra domanda crescente di dati e capacità delle reti attuali.
Il cuore dell'innovazione risiede in una fibra ottica a 19 nuclei con diametro standard di 0,125mm, compatibile con l'infrastruttura esistente ma capace di performance senza precedenti. Con un prodotto capacità-distanza di 1,86 Exabit per secondo per chilometro, questo esperimento segna la trasmissione a lunga distanza più veloce mai realizzata in qualsiasi fibra ottica, aprendo nuovi scenari per le telecomunicazioni del futuro.
Fino ad oggi, le fibre ottiche multicore avevano dimostrato capacità superiori al Petabit al secondo solo su distanze relativamente brevi, ben inferiori ai 1.000 chilometri. Il team di ricerca ha superato questo limite sviluppando una nuova fibra ottica a 19 nuclei con bassa perdita su più bande di lunghezze d'onda utilizzate nei sistemi commerciali. L'innovazione cruciale è stata la creazione di un sistema di amplificazione ottica specificamente progettato per supportare questa nuova fibra.
La ricerca di nuove tipologie di fibre ottiche che superino i limiti della trasmissione convenzionale è un campo in rapida evoluzione. Nell'ultimo decennio, il NICT ha stabilito numerosi record utilizzando fibre ottiche con diametro standard ma configurazioni innovative. Il precedente record di prodotto capacità-distanza era stato ottenuto con una fibra a 4 nuclei non accoppiati, capace di trasmettere 0,138 Petabit al secondo su 12.345km, ma questo richiedeva l'estensione della banda di trasmissione alla banda S, generalmente non disponibile per i sistemi commerciali a lunga distanza.
I metodi alternativi, come l'uso di fibre ottiche multimodali o fibre multicore accoppiate, rappresentano tecnologie di nuova generazione che superano le limitazioni delle fibre multicore non accoppiate, basandosi sul presupposto che l'interferenza tra nuclei o modi possa essere eliminata mediante l'elaborazione digitale del segnale MIMO al ricevitore. Il NICT aveva precedentemente raggiunto una capacità di trasmissione di 0,273 petabit al secondo su 1.001km utilizzando una fibra ottica a 15 modi, ma questa soluzione era limitata dalle diverse caratteristiche di propagazione per ciascun modo.
Sumitomo Electric ha progettato e prodotto la fibra ottica accoppiata a 19 nuclei con diametro standard, ottimizzando la struttura e la disposizione dei nuclei per ridurre le perdite ottiche su più bande di lunghezze d'onda (banda C e banda L). Il NICT e il team internazionale hanno sviluppato un sistema di trasmissione con la capacità di amplificare simultaneamente i segnali dei 19 nuclei.
Il sistema di trasmissione comprendeva un trasmettitore, un ricevitore e un set di 19 loop di trasmissione ricircolanti. Ogni loop attraversava un nucleo di una fibra ottica a 19 nuclei lunga 86,1km, con combinatori e splitter di segnale, amplificatori ottici e un interruttore di controllo. Gli amplificatori potenziavano il segnale prima della trasmissione e compensavano le perdite dopo la trasmissione. Per questa dimostrazione, i segnali hanno attraversato 21 volte il loop ricircolante, per una distanza totale di 1.808km. Ogni amplificatore era composto da due dispositivi più piccoli per amplificare separatamente le bande C e L, permettendo l'uso di 180 lunghezze d'onda con segnali 16QAM.
Dopo la trasmissione, i segnali di tutti i nuclei sono stati ricevuti simultaneamente da un ricevitore a 19 canali. Un processore di segnale digitale ha eliminato l'interferenza tra i nuclei utilizzando un sottosistema MIMO e ha calcolato la velocità di trasmissione dati disponibile. La capacità totale di trasmissione ha superato 1 Petabit al secondo, dimostrando l'applicabilità di questa tecnologia alle reti che collegano grandi città.
Nella società post-5G, il volume del traffico dati è destinato ad aumentare esponenzialmente a causa di nuovi servizi di comunicazione, richiedendo infrastrutture di informazione e comunicazione avanzate. La ricerca sulla trasmissione ad altissima capacità utilizzando fibre ottiche a 19 nuclei accoppiati e amplificazione ottica avanzata ha fatto fare grandi progressi nello sviluppo tecnologico per la realizzazione di infrastrutture di comunicazione ottica ad alta capacità e lunga distanza.
In futuro, i ricercatori sperano di migliorare ulteriormente l'efficienza della tecnologia di amplificazione ottica, ottimizzare l'elaborazione digitale del segnale MIMO, ed esplorare la possibilità di applicazioni pratiche. I risultati di questa dimostrazione sono stati presentati alla 48ª Conferenza sulle Comunicazioni in Fibra Ottica (OFC 2025) a San Francisco, dove sono stati accettati come miglior articolo di argomento attuale (Postdeadline Paper).
Questa svolta tecnologica rappresenta un passo fondamentale verso la realizzazione dei sistemi di comunicazione ottica del futuro, capaci di sostenere l'inarrestabile crescita della domanda di dati che caratterizzerà i prossimi decenni. Con una capacità equivalente a circa 26 volte il traffico totale di download per gli abbonati al servizio Internet a banda larga fissa del Giappone nel novembre 2024, questa tecnologia potrebbe rivoluzionare le nostre reti di comunicazione, garantendo velocità e capacità senza precedenti.
