Bericht Glasfaser: Die Suche nach dem schnelleren Licht

[0x8100]

Es gab schon vor über 20 Jahren die Experimente zur Übertragung von Daten mit Überlichtgeschwindigkeit in Wien unter der Donau durch. Für die Tunnelübertragung per Quanten gab's sogar den Nobelpreis. Die Datenrate nimmt halt mit Abstand (Zeitdauer) sehr ab. Aber ich glaube sie haben damals etwas Musik von Mozart 'teleportiert'.

soso, die ösis. oder war es doch in köln? einen nobelpreis oder gesicherte überlichtgeschwindigkeit gab es auch nicht...

 

[Pringel]

Apropos. Tomahawk 6, in TSMC N3, kann ja 102.4 Tb/s "switchen". Broadcom gibt stolz an, der schafft das mit weniger als 1kW Verbrauch

 

[senf.dazu]

Das ist übrigens eine Technik die sich nichtmal gewöhnliche Rechenzentren leisten könnten. Das ist Hyperscaler und KI-Fabriken Zeug. Schon das, was noch mit einer wirtschaftlich vertretbaren Faser aktuell maximal gehen würde, sind ja die 400 Tbit/s. Das auf einem 12x MPO Stecker, macht... 4800 Tbit/s. Pro Buchse.

Welche Elektronik nochmal soll den Datenfluss sinnig verarbeiten? Schön, daß man soviel Spielraum hat, grad bei einer noch halbwegs normalen (bisher gewöhnlichen) Faser hat, aber das ist wie eine Asphaltstraße die es verträgt, das damit Autos mit bis zu 4800 PS bewegt werden können.
Die Fragen nach der welchen auch immer Motorisierung wie auch den Reifen ist damit nicht beantwortet. Und die gibt es noch nicht ansatzweise.

@Extraportion25
Macht sich bestimmt jemand schon die ersten vorsichtigen Gedanken darüber, aber die bereits abgesteckten Spielräume reichen für die und die folgende menschliche Generationen. Und nein, das ist nicht der 640KB Joke.

1980: erster IBM-PC mit 5Mhz Taktfrequenz.
2026: die Taktfrequenz ist 5Ghz. Aber statt einer CPU laufen typ 10 gleichzeitig.
Und statt 8 Bit Integer werden je Instruktionszyklus 64..512bit(SIMD) mit allen möglichen Datenformaten (inkl. Integer und Float) verarbeitet.
Und je Taktzyklus wird eine (oder sogar mehrere) volle Instruktion je CPU ausgeführt statt nur Bruchstücke.

Also etwas wie ein Faktor 100000 in 50J.

Bei nicht linearem, sondern exponentiellem, Wachstum. Faktor 1,258 je Jahr. +26% je Jahr.

Nicht abzusehen das das bald geringer wird, der alte Moore läuft/humpelt irgendwie immer noch.

Und vor der Erkenntnis "exponentielles Wachstum" sieht der "riesige Spielraum" gleich viel viel kleiner aus. Denn in weiteren 50J haben wir dann nicht 100000+100000 sondern 100000x100000.

1 Hyperscale Rechenzentrum also z.B. 1 Mio C-G-N-PU / 10 CPU des heutigen PCs = 100000 wär also das was man für den PC auf'm Schreibtisch in 50J so erwarten könnte .. (wenn man's mit der Abwärme und dem Kraftwerk für die Stromversorgung oder eben der Leistungsaufnahme gebacken kriegt..)

Und nein es wurde nicht teurer. man kann sich den IBM-PC heute besser als vor bald 50J leisten. Und der kommt auch mit dem Datenfluß klar. Wenn auch der PC von einer anderen Firma geliefert wird. IBM ist der Bereich wohl zu billig geworden.

 

[ueg]

Das Bild mit der Hohlkernfaser hat mich ziemlich irritiert, da ja das Licht auch hier (über Kurven) geleitet werden muss. Demzufolge müsste der Pfeil genauso aussehen wie beim Vollkernmaterial, eben immer an der Wandung reflektierend. Der Unterschied ist, dass das Licht weniger durch Einschlüsse etc. im Vollkernmaterial zusätzlich abgebremst wird.

Anhang anzeigen 1750581

Quelle: https://www.holightoptic.com/de/Was-ist-Hohlkernfaser-HCF/

Die Hohlkernglasfasern, die du hier beschreibst, werden eigentlich nicht eingesetzt. Da sind die Verluste viel zu hoch. So etwas kann man für Experimente mit nichtlinearer Optik in Gasen und so verwenden. Für die Datenübertragung funktioniert das nicht.
Auch an @PhiE (gar kein Problem wegen der Darstellung, man ist ja kein Experte für alles )

Die Fasern, die für Datenübertragung infrage kommen und aktuell die Rekorde was geringe Verluste angeht aufstellen, sind mikrostrukturierte Hohlkernglasfasern. Die haben, wie ich oben schon geschrieben habe, entweder einen Ring an Kapillaren (die kleinen Röhrchen), wie im Bild links, 2 ineinander verschachtelte Sätze an Kapillaren ("nested Kapillaren", ineinander verschachtelte Kapillaren, Nested Antiresonant Nodeless Fibers "NANF"), oder eben 3 Sätze an Kapillaren ("double nested" Kapillaren, "DNANF). Das Licht propagiert dann in dem Hohlraum in der Mitte zwischen den Kapillaren, nicht in den Kapillaren. Die Kapillaren kann man sich ganz vereinfacht wie kleine Spiegel vorstellen, die dafür sorgen, dass das Licht im hohlen Kern geführt wird. Wenn man mehrere dieser Kapillaren ineinandere steckt, hat man, ganz vereinfacht, mehrere Barrieren und noch weniger Licht geht nach draußen --> noch geringere Führungsverluste.

(Das Bild habe ich jetzt einfach mal von Thorlabs genommen, gibt aber auch haufenweise Publikationen dazu, das ist international ein riesiges Forschungsgebiet)

Auf derselben Seite hat es auch noch ein Bild mit der Verteilung des Lichts:

@PhiE : Das Bild der Vollmaterialfaser ist schon prinzipiell okay. Das wäre aber für eine Multimode-Faser korrekt. Bei einer Singlemodefaser sollte das Licht auch eher gerade durchgehen, spielt aber an der Stelle keine große Rolle.
Zum Vergleichen der beiden Fasertypen wäre eine Draufsicht auf den Querschnitt vmtl. aber hilfreicher.
Im Fall der Vollmaterialfaser hat man einen Fasermantel aus reinem Quarzglas und in der Mitte einen Bereich mit Quarzglas in das noch andere Materialien (meist Germanium) eingearbeitet ist um dort den Brechungsindex zu erhöhen. Man kann an sich auch andersrum gehen und den Kern aus reinem Glas machen und in das Glas drumrum Stoffe einarbeiten, dass der Brechungsindex außenrum geringer wird. Wichtig ist nur, dass der Brechungsindex im Kern, wo das Licht geführt wird, höher ist, als im Mantel.
Bei Hohlkernglasfasern hat man wie oben gezeigt eine Mikrostruktur, die dafür da ist, dass das Licht im Kern drin bleibt. Da wird nicht mit einem Unterschied im Brechungsindex gearbeitet.
In beiden Fällen kommen dann noch Schutzschichten aus Kunststoff um die Fasern rum, damit sie mechanisch mehr aushalten.
Daher könnte man die Unterschiede der Fasern im Querschnitt besser zeigen.
Also ein Vergleich von den Bildern von oben und irgendwas wie dem Schema hier:

Ich habe gerade nicht viel Zeit, aber könnte dir auch eine Grafik basteln. Vmtl. kann das ChatGPT aber inzwischen auch.

 

[PhiE]

@PhiE reflexion tritt bei fasern mit und ohne kern auf und wird für die führung des lichts benötigt.

Anhang anzeigen 1750588

dein bild impliziert jetzt, dass bei hohlkernfasern diese reflexion nicht benötigt wird bzw. nicht auftritt, was aber nicht der fall ist. es sein denn, das kabel ist perfekt parallel zum eingang des lasers und hat keinerlei kurven

k.a. wo das bild herkommt, aber das stimmt so nicht.

+ @Himbeerdone

Ich denke da verlieren wir uns im Kleinklein. Natürlich tritt auch eine Reflexion in der Hohlkernfaser auf, ganz klar, sonst würde das Licht ja einfach aus dem Kern entweichen. In einer Hohlkernfaser tritt aber keine Totalreflexion auf. Das Licht macht nicht bei wie einem Glaskern PingPong-Zickzack durchs Medium. Da Luft eine im Verhältnis signifikant geringe Streuung aufweist, sowie durch die Eigenschaften des Mantels (Photonische Bandlücke / Antiresonanz etc.), wird das Licht 'im Kern geführt' - diesen Unterschied soll das Schaubild verdeutlichen. Das Bild habe ich selbst erstellt. Ich bin am Ende kein Physiker und die Leser sind es wohl mehrheitlich auch nicht. Einen klaren Fehler darf ich deswegen natürlich auch nicht kommunizieren, es muss am Ende für die Mehrheit aber greifbar bleiben. Wenn ich hier anfange von Photonische Bandlücke zu erzählen, steigen die Leute gedanklich aus.

Ich mache mir noch mal Gedanken, ob ich das mit einem Nebensatz genauer erkläre oder das Schaubild im Zweifel lösche, sollte noch weiteres negatives Feedback kommen.

 

[sverebom]

Es gab schon vor über 20 Jahren die Experimente zur Übertragung von Daten mit Überlichtgeschwindigkeit in Wien unter der Donau durch. Für die Tunnelübertragung per Quanten gab's sogar den Nobelpreis. Die Datenrate nimmt halt mit Abstand (Zeitdauer) sehr ab. Aber ich glaube sie haben damals etwas Musik von Mozart 'teleportiert'.

Bei dem Experiment wurden keine Informationen teleportiert. Ein verschränktes Teilchen wurden konventionell 600 Meter weit transportiert, um dann seinen verschränkten Quantenzustand einem anderen Teilchen überzustülpen. Ich nehme an, du erkennst das Problem: Man muss erstmal was auf konventionellem Wege versenden, um dann die nichtlokalen Eigenarten der Quantenphysik zu nutzen. Und das kann man genau ein mal, denn sobald man das System misst, um vielleicht eine Information auszulesen, kollabiert die Wellenfunktion und die verschränkten Teilchen sind kaputt (sprich, man kann keine "verschränkten LEDs" bauen, mit denen Einsen und Nullen "morsen" könnte, denn sobal du die LEDs beobachtest, sind sie kaputt).

Bei der Quantenverschränkung werden keinen Informationen übermittelt (das hat sich leider falsch in die Sprache der Diskussion eingeschlichen, beginnend mit Einstein, der von einer Fernwirkung gesprochen hat, wo keine Wirkung stattfindet). Und man kann mit Quantenverschränkung keine Informationen überlichtschnell/instantan übermitteln, denn um festzustellen, dass tatsächlich überhaupt etwas geschehen ist, muss man sich auf einem konventionellen Kommunikationsweg mit dem Sender abstimmen.

Quantenverschränkung hat nur einen kryptografischen Nutzen, mit dem sich vergewissernkann , dass ein Kommunikationsklanal nicht von Dritten manipuliet wurde (was die Wellenfunktion und damit verschränkung ebenso kollabieren lassen würde). Auch hier müsste dir der Sender zunächst konventionell mitteilen, was du wie zu messen hast, um ein bestimmes Rrgebnis zu erhalten. Erhältst du ein anderes Ergebnis, dann wurde der Kommunikationskanal beeinflusst (Problem: Man erfährt lediglich, dass eine Kommunikation von Dritten abgehört wurde. Verhindert hat man dies durch diesen Stunt nicht).

 

[Bigeagle]

Bei einer Hohlkernfaser wär ich ja neugierig wie sich das beim verbinden macht. Schleift sich das genauso wie vollkern, bricht das schneller, schneidet man da eher versehentlich das schleif'papier' oder gibts irgendwann doch geräte die das automatisch machen?
Auch wäre da ja schleifstaub ein problem weil der in den hohlraum gelangen würde.
Aber mein Glasfaser schleifen ist auch schon 15 jahre her oder so, vielleicht hat sich da auch einiges geändert.

5g ist ebenfalls nicht Ende der Fahnenstange und Funk dürfte für die große Mehrheit ausreichen.

Ugh, also Internet mit 'dynamischer' datenrate, latenz und jitter? mag zum einfachen surfen ok sein, aber würde ich nicht zuhause haben wollen.
Hat man da bei gewitter über der funkzelle überhaupt noch brauchbar netz? Ich erinnere mich dunkel dass mobilfunk teils recht wetterabhängig war. Abgesehen vom 'nicht im keller, nicht hinterm berg, nicht unter der stahlbetondecke ...'
mobilfunk dürfte für alle kompetitiven onlinegames recht frustrierend sein. da reicht schon 1% paketverlust, etwas zu viel jitter oder latenzspikes damit nichts mehr richtig geht. ausprägung je nach spieltyp

beginnend mit Einstein, der von einer Fernwirkung gesprochen hat, wo keine Wirkung stattfindet

da bezog er sich doch nur auf den kollaps der wellenfunktion, oder? wenn die hidden variable interpretation nicht vom tisch ist, ist das doch nicht mal besonders. ich erinnere mich da an das beispiel mit schuhkartons, linker schuh im einen, rechter schuh im anderen und egal wie weit beide voneinander entfernt sind weiß man sofort was im anderen ist wenn man einen öffnet.
oder hab ich das falsch verstanden?

 

[Pringel]

Nicht abzusehen das das bald geringer wird, der alte Moore läuft/humpelt irgendwie immer noch.

Netzwerktechnik ist da schon bisschen spezieller. Daten bewegen kostet mehrfach mehr Energie als Daten berechnen. Selbst innerhalb der CPU. Geschweige an der freien Luift

Zweitens, es ist klar abzusehen. Das Wuchern mit Herstellungsprozessen ist jetzt schon an seinem Ende angelangt.
Und drittens, es ist jetzt schon teurer. Und war es auch schon ohne KI-Blase.

 

[Aduasen]

Danke für den Artikel.
Weniger Energiebedarf wäre für mich der wichtigste Punkt dabei

 

[Pringel]

Apropos Artikel bzw. Energie. Die last-gen SFP+ SR Module mit Maxim ziehen sich "<0.5W" pro Seite. Solche Teile von Trendnet, max. "489mA". Was Energie angeht ist Glasfaser fürs Daheim eigentlich schon soweit. Ethernet. Netzwerk. Nicht das Gaga mit euren GPONs
Auch was die Energie solcher Switche angeht.

Alles anderes bzw. mehr wird uns auch exponentiell nicht betreffen.

edit: (Artikel)
Nur 2W für 10Gb (PRO SEITE), über Kupfer, wäre ein Traum. Ist aber eher die Pest, was Energie angeht, da wesentlich mehr.

1Gb ist dagegen immer weit unter 1W. Weit. Last-gen wie ein GS1200 vo Zyxel zieht in der 5-Port Ausführung komplett unter einer absoluten Laborvollast, 2.65W.

 

[Blutschlumpf]

Geht das überhaupt bei Unterseekabeln, bei denen man nicht an die Verstärker ran kommt weil die auf dem Meeresboden liegen?

Ich habe da zugegebenermaßen nur Nutzerwissen zu.
Bei den Verstärkern die wir für unsere DWDM-Strecken nutzen ist es egal was darüber läuft.
Der Verstärker weiß weder welche Kanäle benutzt werden noch was da drüber läuft.
Hatte den Hersteller damals beim Kauf der ersten 200GBit Transceiver gefragt ob wir ggf. neue Verstärker brauchen, der sagte mir da gibts keine Abhängigkeit.

 

[Hypocrisy]

Bei einer Hohlkernfaser wär ich ja neugierig wie sich das beim verbinden macht. Schleift sich das genauso wie vollkern, bricht das schneller, schneidet man da eher versehentlich das schleif'papier' oder gibts irgendwann doch geräte die das automatisch machen?
Auch wäre da ja schleifstaub ein problem weil der in den hohlraum gelangen würde.
Aber mein Glasfaser schleifen ist auch schon 15 jahre her oder so, vielleicht hat sich da auch einiges geändert.

Du meinst jetzt beim spleißen oder?
Das geht analog zur normalen SMF. Von außen nach innen abmanteln; dann brechen - normaler Cleaver reicht oder man nimmt was für High-Strength wo die Faser weniger belastet; beim Spleißen muss man derzeit noch Labor-Geräte nehmen, die speziell einstellbar sind; da gibt´s u.a. Modelle mit drei Elektroden, die eine weitaus geringere Energiedichte beim Spleißvorgang erzeugen und so diese Mikrostrukturen erhalten.

 

[Oldtimer]

Licht ist Licht. Schneller als 299.792.458 m / s geht nicht.
Viel Aufwand für nichts.

 

[0x8100]

Licht ist Licht. Schneller als 299.792.458 m / s geht nicht.

im vakuum. ist das licht im kabel im vakuum?

Viel Aufwand für nichts.

vielleicht sollte man den forschern sagen, dass sie aufhören können. das cb-forum weiss es besser...

 

[Pringel]

Licht ist Licht. Schneller als 299.792.458 m / s geht nicht.

Ich glaub es ging nicht um schneller, sondern um mehr

 

[0x8100]

Ich glaub es ging nicht um schneller

es geht durchaus auch um geringere latenz. die lichtgeschwindigkeit in einem hohlleiter ist signifikant höher als in glas.

 

[Blutschlumpf]

Selbst wenn die Lichtgeschwindigkeit in Glas oder Luft oder Vakuum die Latenz nur minimal beinflusst kann sie ja trotzdem Auswirkungen haben.
Zum einen könnte die Dämpfung in der Luft geringer sein und vermutlich ergeben sich auch Vorteile durch eine geringere chromatische Dispersion.
Beides würde längere Übertragungswege und damit weniger Verstärker ermöglichen.
Das dürfte mehr Effekt haben als die Abweichung der Lichtgeschwindigkeit.

 

[conf_t]

Die praktisch nutzbare Ende-zu-Ende-Signalgeschwindigkeit liegt heute häufig nur bei vielleicht 0,35 c mit Glasfasern. In der Glasfaser selbst erreicht das Signal rund 0,66 c. Mit Hohlkernfasern kann man den Leitungsanteil nahezu auf Vakuumlichtgeschwindigkeit bringen, aber nicht darüber. Damit besitzt die reine Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Leitung noch ungefähr 50 % Verbesserungspotenzial beim Wechsel von Glasfaser zu Hohlkernfaser. Das ist technisch erheblich, aber kein Wunder: Die Leitungslatenz sinkt dadurch nur um etwa ein Drittel, während Umwege, Router, Warteschlangen, Serialisierung und Verarbeitung unverändert bleiben.

Es ist evolutionär, nicht revolutionär.

Revolutionär wäre ein VF von deutlich über 1 c.

 

[0x8100]

Die Leitungslatenz sinkt dadurch nur um etwa ein Drittel

unterseekabel sollen etwas länger sein, habe ich gehört wenn das dann dort mal ankommt, hat das bei den längen dann schon durchaus spürbare effekte.

 

[Metalveteran]

Ich find den Titel ja schonmal sehr geil "Auf der Suche nach dem schnellerem Licht", da muss ich direkt an Spaceballs denken