Ci permettono di trovare informazioni, ascoltare musica o scaricare film in un battito di ciglia.
I cavi in fibra ottica scorrono sotto terra e in fondo agli oceani, innervando il Pianeta.
Sono lunghi in tutto oltre 16 milioni di km, pari a più di 400 volte il giro del mondo.
Anche se solo 1/3 degli abitanti della Terra vive a meno di 10 km da uno di questi cavi.
La fibra ottica non serve solo a portarci il Web. Può anche monitorare i terremoti, controllare la tenuta dei ponti e… proteggere i nostri risparmi.
1. VELOCITÀ SPAVENTOSE
I fili che compongono la fibra ottica, dentro i quali corrono velocissimi segnali luminosi, non servono però soltanto a far funzionare il Web.
Negli ultimi tempi, infatti, gli scienziati hanno esteso le loro prestazioni, riuscendo a far loro svolgere molte altre funzioni fino a poco tempo fa inimmaginabili.
Dal controllo dei terremoti al monitoraggio di ponti, viadotti e dighe, fino alla regolazione dell’ora esatta e alla crittografia che protegge i dati e le transazioni finanziarie.
Com’è possibile? Innanzitutto grazie alla loro capacità di trasmettere una quantità sempre maggiore di informazioni.
La fibra ottica, inventata negli anni ’70 e perfezionata negli anni ’90 con i led a cristalli fotonici (nanostrutture di vetro e silicio, capaci di trasportare più energia), riesce oggi a trasmettere fino a 100 terabit al secondo: l’equivalente di oltre 2.600 dvd in un battito di ciglia.
Merito di fili in vetro e materiali semiconduttori sottili come un capello, che riescono a condurre segnali elettromagnetici ad altissima velocità. E all’orizzonte ci sono sviluppi incredibili, spinti da una ricerca che riesce a migliorare continuamente le loro prestazioni.
L’ultimo record di velocità di trasmissione su fibra ottica risale allo scorso aprile, quando un gruppo di studiosi del Nict di Tokyo e dei Nokia Bell Labs del New Jersey è riuscito a inviare dati alla velocità di 351 petabit al secondo, pari a 44 milioni di dvd, oltre 10 volte il traffico mensile mondiale di YouTube.
Un sistema ancora sperimentale, perché testato su una distanza di circa 2mila km, ma dà l’idea di quello che ci riserva il futuro. E non solo nel campo di Internet.
2. MISURARE UN SISMA
Vari studi infatti hanno dimostrato che i cavi in fibra ottica possono funzionare come sensibilissimi sismografi: possono, cioè, rilevare i terremoti.
In Italia già nel 2013 l’Inrim, l’istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, utilizzò un anello in fibra ottica su un’area di 20 km2 intorno a Torino per misurare onde sismiche.
Com’è possibile? Le caratteristiche fisiche della fibra ottica influiscono sul segnale luminoso inviato. Quindi, un determinato segnale ottico arriverà a destinazione sempre con gli stessi parametri.
Ma se il cavo viene deformato da un evento, come una vibrazione o una scossa sismica, allora il segnale luminoso arriverà a destinazione con caratteristiche diverse.
Nell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica viene usato come misuratore un laser ultrastabile che registra in tempo reale la lunghezza della fibra con elevata precisione: il margine d’incertezza è di un solo decimo di nanometro (miliardesimo di metro) su 100 km di fibra in un secondo.
Elaborando con appositi algoritmi la discrepanza fra il segnale atteso e quello rilevato si può individuare con precisione il punto del cavo in cui è avvenuta la deformazione e quando si è verificata. E così la fibra ottica può trasformarsi in sismografo.
Negli Stati Uniti, scienziati dell’università del Michigan e del California Institute of Technology hanno raccolto per mesi i dati sismici veicolati dalla fibra ottica, per capire come il terreno trasmette le onde sismiche.
Obiettivo, aiutare le comunità locali nel definire piani di soccorso o linee guida per la protezione dai terremoti. Ma non è tutto.
All’orizzonte, infatti, ci sono applicazioni anche extraterrestri: «La fibra ottica», spiega Zhongwen Shan, sismologo del CalTech, «sarà molto utile anche per monitorare i terremoti in ambienti ostili come l’Antartide, la Luna o Marte. Nei luoghi con alti livelli di radiazioni o soggetti a temperature estreme l’elettronica non riesce a funzionare a lungo, mentre la fibra ottica sì».
3. SENSORI STRUTTURALI
Tornando all’Italia, Inrim e Ingv (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) sono entrate quest’anno nel progetto Meglio, a cui partecipa anche Open Fiber, la società impegnata nel cablaggio in fibra ottica in tutta Italia.
L’obiettivo di Meglio è di giungere nel giro di due anni a utilizzare tutta le rete commerciale italiana in fibra ottica per misurare i terremoti a fianco dei sismografi tradizionali.
Ma non è tutto: sfruttando lo stesso principio, la fibra ottica potrà servire anche a monitorare strutture come ponti, viadotti o dighe. Il nuovo ponte San Giorgio di Genova (foto sotto), quello costruito in sostituzione del viadotto Morandi, contiene centinaia di sensori in fibra ottica che ne tengono sotto controllo la tenuta per segnalare in anticipo eventuali problemi strutturali.
Il progetto Meglio porta sulla fibra commerciale applicazioni già testate da Inrim sulla Dorsale Quantistica Italiana, una rete di 1.800 km di cavi in fibra ottica che collega la sede torinese dell’istituto con gli osservatori astronomici di Medicina (Bologna) e di Matera, passando per l’istituto Nazionale di Ottica di Firenze, il Cnr di Roma e Napoli e il Centro Spaziale del Fucino in Abruzzo.
Nella foto sotto, il radiotelescopio di Medicina (Bologna), sincronizzato con quello di Matera grazie alla fibra.
4. DAGLI OROLOGI ALLO SPAZIO
La dorsale è strutturata con nodi che non rallentano la propagazione del segnale luminoso.
Questo le consente di disseminare il segnale orario di riferimento per l’Italia, generato nei laboratori dell’Inrim da un orologio atomico.
Una connessione con la Borsa di Milano, attivata agli inizi del 2017, assicura per esempio una datazione delle operazioni certa al nanosecondo (miliardesimo di secondo).
In un’epoca in cui gran parte dell’attività borsistica è gestita da software automatici in grado di eseguire grandi quantità di transazioni in tempi brevissimi, diventa fondamentale avere un sistema che stabilisca la cronologia delle compravendite in modo inoppugnabile.
La Borsa milanese è stata la seconda al mondo, dopo quella di Londra, ad avere transazioni certificate con la fibra ottica.
La dorsale quantistica collega anche i due grandi radiotelescopi di Medicina e di Matera, distanti tra loro 600 km, e li sincronizza con il segnale orario dell’Inrim.
In questo modo consente di utilizzarli in modo congiunto nell’osservazione di corpi celesti come quasar o buchi neri, ottenendo immagini di qualità assai migliore rispetto a quelle di un solo strumento.
Sono già allo studio progetti per connettere con la fibra ottica anche gli osservatori radioastronomici di Noto, in Sicilia, e della Sardegna.
5. UNA CRITTOGRAFIA PIÙ SICURA
Tornando sulla Terra, la fibra riserva altre sorprese. Come la crittografia quantistica, un sistema che servirà a proteggere la Rete dagli hacker.
Oggi, infatti, i sistemi di crittografia tradizionali (usati per proteggere gli acquisti online o i segreti di Stato) riescono a difendere da attacchi attuati attraverso computer tradizionali.
«Ma possono essere violati dai computer quantistici», avverte Alessandro Zavatta, ricercatore dell’istituto Nazionale di Ottica del Cnr e tra i fondatori della startup Quantum Telecommunications Italy.
I computer quantistici non esistono in commercio, ma già sono all’opera - pur con qualche imperfezione - nei laboratori di ricerca o in grandi gruppi come Google, Ibm o Microsoft.
Si avvicina quindi il momento in cui dovremo trovare un modo per creare codici non decifrabili dai computer quantistici, e la soluzione sta proprio nella luce che viaggia lungo la fibra.
«Chiavi crittografiche create e trasmesse sulla fibra con i fotoni possono trasferire i codici in modo sicuro», dice Zavatta.
«Se infatti qualcuno cercasse di intromettersi e di carpire informazioni, altererebbe lo stato quantistico del segnale luminoso con cui vengono trasferite, rivelando il tentativo e rendendo individuabile l’autore». E così la fibra proteggerà la privacy e anche i nostri risparmi.
CURIOSITA': COME FUNZIONA LA FIBRA OTTICA?
Un cavo in fibra ottica è costituito da un numero variabile (da due a centinaia) di fili di vetro o plastica sottili quanto un capello.
I dati presenti su un computer sotto forma di una serie di codici binari (1/0) sono convertiti da un laser in fotoni - minuscole particelle di luce, ossia di energia elettromagnetica - e inviati in rapida successione lungo il nucleo della fibra.
Ogni fotone rimbalza all’interno del cavo come un bob che scende su una pista di ghiaccio.
I nuclei delle fibre sono realizzati con materiali di purezza molto elevata (di solito silicio e germanio), per garantire che l’energia luminosa non venga assorbita o dispersa dalle impurità, e hanno un rivestimento esterno che riflette la luce senza farla uscire.
Mantenendo tali perdite il più basse possibile, la fibra consente alla luce e alle informazioni che trasporta di percorrere grandi distanze dalla sorgente originale.
Quando i fotoni raggiungono la loro destinazione, un ricevitore ottico dotato di fotocellule decodifica i segnali luminosi digitali e li converte di nuovo in elettricità, visualizzando i dati sul computer che li riceve.
