A fibra de núcleo oco quebra os limites físicos, inaugurando uma nova era para as comunicações ópticas

A fibra de núcleo oco quebra os limites físicos, inaugurando uma nova era para as comunicações ópticas

Luz a viajar pelo ar, velocidade aumentada em 45%, perda reduzida para 0,091 dB/km — uma revolução na tecnologia de fibra ótica liderada pela Microsoft está a remodelar o panorama global da infraestrutura digital.

Recentemente, a equipa de investigação Lumenisity, apoiada pela Microsoft, publicou um estudo inovador na revista Nature Photonics: uma nova fibra de núcleo oco atingiu uma atenuação de sinal de apenas 0,091 dB/km, quebrando o limite teórico de 0,14 dB/km para as fibras tradicionais à base de sílica — Fibra ótica de banda larga com atenuação inferior a 0,1 decibel por quilómetro .

Aclamada como "o desenvolvimento mais notável na tecnologia de guias de onda dos últimos 40 anos", esta tecnologia marca um avanço monumental nas comunicações ópticas. A fibra ótica de núcleo oco não só aumenta a velocidade de transmissão em 45%, como também permite a transmissão de dados a longas distâncias sem sacrificar a largura de banda.

01 Salto Tecnológico: Uma Revolução nas Comunicações do Vidro para o Ar

A fibra tradicional utiliza vidro de sílica de alta pureza para transmitir sinais de luz, onde a luz viaja a aproximadamente 200 milhões de metros por segundo. Em contraste, a fibra de núcleo oco permite que a luz viaje pelo ar, atingindo velocidades de 300 milhões de metros por segundo — 45% mais rápido do que no vidro.

A fibra de núcleo oco utiliza uma estrutura única de "Fibra Antirressonante Sem Nós e Duplamente Aninhada" (DNANF), composta por múltiplos tubos de vidro concêntricos com espessura de nível micrométrico. As paredes destes tubos atuam como espelhos microscópicos, refletindo continuamente a luz de volta para o canal de ar central, enquanto suprimem modos de ordem superior.

O efeito de banda proibida fotónica é o princípio central desta tecnologia. As matrizes de anéis microestruturados de sílica, concebidas com precisão, confinam a luz eficazmente dentro do núcleo de ar, reduzindo significativamente a interação entre a luz e o material, reduzindo drasticamente a atenuação do sinal.

02 Avanço do desempenho: métricas-chave a quebrar um recorde de 40 anos

A equipa de investigação atingiu um nível de atenuação de 0,091 dB/km no comprimento de onda de comunicação de 1550 nm, ultrapassando pela primeira vez o limite teórico da fibra de sílica tradicional.

Ainda mais impressionante é que esta fibra de núcleo oco mantém uma perda abaixo de 0,2 dB/km num amplo espectro de 66 THz, superando em muito o desempenho da fibra de sílica tradicional, que só consegue este desempenho em bandas de comunicação estreitas.

A fibra tradicional perde cerca de metade da intensidade do sinal a cada ~20 quilómetros, necessitando de amplificadores repetidores. A fibra de núcleo oco estende esta distância para aproximadamente 33 quilómetros, reduzindo a necessidade de repetidores em 46% e reduzindo significativamente o consumo de energia e os custos com equipamentos para comunicações de longa distância.

03 Estratégia da Microsoft: do laboratório à implementação de rede global

O investimento da Microsoft na tecnologia de fibra de núcleo oco é estratégico. Em 2022, a Microsoft adquiriu a Lumenisity, uma empresa com tecnologia avançada de fibra de núcleo oco, e desde então tem vindo a impulsionar a tecnologia do laboratório para a industrialização.

Atualmente, a Microsoft tem aproximadamente 1.200 quilómetros da nova fibra em funcionamento em redes ativas, transportando tráfego real. Na conferência Ignite 2024, a Microsoft anunciou planos para implementar 15.000 quilómetros de fibra de núcleo oco na sua rede global Azure nos próximos 24 meses.

Esta implementação suportará especificamente as exigências de baixa latência e alta largura de banda dos cenários de IA e computação de alto desempenho, indicando a preparação da Microsoft para a utilização comercial em larga escala da tecnologia de fibra de núcleo oco.

04 Perspectivas de Aplicação: Potencial Ilimitado para Além das Comunicações Tradicionais

As aplicações da fibra ótica de núcleo oco vão muito além das comunicações tradicionais. Na inteligência artificial, irá satisfazer a procura por transferência rápida de dados, essencial para as ferramentas de IA.

As comunicações quânticas representam outra área de aplicação crítica. A fibra de núcleo oco pode transportar mais de 1.000 vezes mais energia do que as versões tradicionais e transmitir impulsos de luz visível de fotões únicos.

Em cenários sensíveis à latência, como a conectividade intra-centro de dados, a negociação financeira de alta frequência e os centros de computação inteligente distribuídos, a baixa latência da fibra de núcleo oco desempenhará um papel vital.

05 Desafios da Industrialização: Os Obstáculos do Custo e da Normalização

Apesar de promissora, a adoção comercial em larga escala da fibra de núcleo oco ainda enfrenta desafios. O custo de fabrico é o principal obstáculo.

A fibra tradicional é feita derretendo e esticando vidro sólido em fios finos, enquanto a fibra de núcleo oco começa com uma pré-forma de vidro com cerca de 20 cm de largura, que já tem um canal oco incorporado.

Quando a fibra é esticada até um diâmetro de cerca de 100 mícrons, o espaço oco requer pressurização para manter a sua estrutura. Este processo é mais complexo e preciso do que o fabrico tradicional.

A normalização global é outro desafio. A indústria precisa de desenvolver novos padrões para garantir a compatibilidade da fibra ótica de núcleo oco com as redes existentes.

Além disso, a fibra de núcleo sólido continua a ser a principal do mercado, e a interface da fibra de núcleo oco com a mesma em aplicações práticas é uma questão significativa.

06 I&D Internacional: Gigantes Globais a Correr para Desenvolver

Além da Microsoft, outros gigantes tecnológicos internacionais estão a procurar ativamente a tecnologia de fibra de núcleo oco. A Nokia Bell Labs, em colaboração com a Yangtze Optical Fibre and Cable (YOFC), abordou o desafio da retrodispersão fraca em fibras de núcleo oco utilizando uma estrutura tubular de perda ultrabaixa de 20 km.

A BT (British Telecom) já estabeleceu uma parceria com a Lumenisity em testes de fibra ótica de núcleo oco. À medida que a tecnologia amadurece, espera-se que mais operadores de telecomunicações se juntem aos esforços de teste e implementação.

A comunidade académica também está profundamente envolvida. As equipas de investigação da Universidade de Southampton têm vindo a melhorar esta tecnologia há mais de uma década, estabelecendo uma base sólida para a sua industrialização.

A Microsoft anunciou planos para implementar 15.000 quilómetros de fibra de núcleo oco na sua rede global Azure nos próximos dois anos, com foco no suporte às exigências de IA e computação de alto desempenho.

A fibra tradicional requer repetidores de sinal a cada 20 quilómetros, aproximadamente; a fibra de núcleo oco estende este alcance para 33 quilómetros. Isto significa que os cabos submarinos transoceânicos poderiam utilizar quase metade do número de repetidores.

A fibra de núcleo oco não satisfaz apenas as necessidades de comunicação atuais; ela é uma infraestrutura fundamental para as futuras redes de comunicação quântica. Pode transmitir sinais quânticos frágeis, abrindo caminho para o nascimento de uma internet quântica.