Apakah Anda memiliki koneksi internet yang cepat saat membaca ini? Kemungkinan besar, Anda memiliki koneksi internet yang cukup cepat, bahkan di ponsel cerdas Anda. Namun, dengan meningkatnya jumlah informasi online, kecepatan transfer data di internet siap menghadapi beberapa kendala kecepatan. Untungnya, para peneliti di UC San Diego berpikir bahwa mereka mungkin telah menemukan cara untuk meratakan jalan ke depan: dengan menggunakan laser.
“Ketika kita mencoba untuk menyimpan lebih banyak data pada kabel yang kita kirim dari satu tempat ke tempat lain, kita mencapai batas dari apa yang dapat dilakukan oleh listrik,” kata Janelle Shane, seorang alumni dari Jacobs School of Engineering di UC San Diego.
Lebih banyak listrik yang mengalir melalui kabel membuat kabel tersebut menjadi panas dan mulai saling mengganggu.
Shane mengkhususkan diri dalam fotonik, studi tentang cahaya dan apa yang dapat dilakukan dengannya. Secara alami, dia memiliki jawaban brilian untuk tantangan mentransfer lebih banyak data, lebih cepat: cahaya.
“Apa yang kami temukan adalah, jika kami mengirimkan data melalui cahaya ke serat yang terbuat dari kaca yang dapat mengangkut cahaya dari satu tempat ke tempat lain, maka tiba-tiba kami dapat menempatkan jauh lebih banyak informasi pada satu helai kaca daripada yang pernah kami bisa pada kabel, karena kami dapat menempatkan warna cahaya yang berbeda di kabel yang sama,” kata Shane.
Kabel serat optik ini memiliki keuntungan lain dibandingkan dengan kabel listrik: tidak ada gangguan dan tidak ada masalah panas.
Manfaatnya tidak terbatas hanya pada mentransfer data besar dalam jarak jauh. Batasan dari kabel listrik hadir bahkan dalam satu perangkat elektronik, misalnya antara prosesor komputer Anda dan kartu grafis saat Anda menonton video kucing terbaru.
“Kami ingin mencoba menggunakan keuntungan yang sama yang kami dapatkan dari serat optik pada chip komputer, untuk mengirimkan data tidak hanya antara komputer tetapi sekarang di dalam komputer juga,” kata Shane.
Dampak Revolusi Informasi
Ponsel cerdas Anda mungkin tidak memerlukan banyak daya untuk diisi penuh, tetapi jejak karbonnya jauh lebih besar dari yang terlihat. Semua video kucing tersebut harus disimpan di suatu tempat – beberapa tempat, sebenarnya, agar Anda dapat mengakses video kucing tersebut kapan pun dan di mana pun di dunia.
Pusat data yang memungkinkan revolusi informasi adalah pemborosan daya yang sangat besar dan terus berkembang. Menurut proyeksi, pada tahun 2020, pusat data di AS saja diperkirakan akan mengonsumsi 140 miliar kilowatt-jam per tahun – kira-kira cukup untuk memberi daya pada setiap rumah tangga di Kota New York selama delapan tahun. Sebagian besar listrik ini terbuang saat dikonversi menjadi panas berlebih, digunakan untuk sistem pendinginan untuk mengatasi panas berlebih, atau digunakan untuk menghidupkan sistem cadangan ganda yang berlebihan. Semuanya itu membuang energi berharga dan menciptakan gas rumah kaca dalam prosesnya.
Hilangkan masalah panas, dan konsumsi energi akan turun drastis.
“Jika kami memiliki lebih banyak komponen di chip yang sama, maka kami tidak perlu mengonversi sinyal menjadi listrik begitu banyak, dan itu menghemat energi bagi kami,” kata Shane. “Semakin banyak informasi yang dapat kami kirim melalui cahaya, kami juga akan menghemat energi dalam pemanasan.”
Laser Mini, Kendala Besar
Untuk menangani masalah sebesar ini membutuhkan hal yang sangat kecil: ukuran chip komputer.
“Kami mencoba mencari tahu bagaimana cara membuat laser yang sangat kecil sehingga cocok dengan baik pada chip komputer,” kata Shane. “Ini berarti kami ingin membuat laser yang sekitar 100 kali lebih tipis dari diameter satu helai rambut manusia.”
Mengecilkan teknologi yang ada bukanlah tugas yang mudah.
“Laser harus kecil, sakelar harus kecil, detektor harus kecil, dan serat optik itu sendiri – kami perlu menemukan setara yang kecil yang akan cocok pada chip komputer,” jelas Shane.
Jika Anda berhasil mengecilkan sebuah laser, hal-hal kecil menjadi rintangan besar.
“Ketika kami mencoba mengecilkan laser hingga ukuran yang seratus kali lebih kecil dari lebar satu partikel debu manusia yang seharusnya mereka juga seratus kali lebih kecil dari partikel debu biasa,” jelas Shane.
“Di setiap hembusan udara yang kita ambil ada sekitar satu juta partikel debu,” kata Shane. “Mencoba membangun sesuatu sekecil itu di mana ada semua hal besar yang bergerak di sekitar adalah sekitar seperti mencoba melakukan kimia di laboratorium ketika Anda memiliki balon udara raksasa terbang di sekitar ruangan.”
Satu partikel debu di tempat yang salah, dan Anda harus kembali ke awal.
Tantangan lainnya: Semakin kecil semikonduktor dalam sebuah laser, semakin buruk kinerjanya.
“Hanya ada sebatas di mana itu bisa memperkuat cahaya. Jadi kita berjuang melawan masalah itu di mana kita mencoba menggunakan jumlah semikonduktor yang sangat kecil untuk melakukan banyak penguatan.”
| Baca juga artikel sains terkait yang bisa mendalami ilmu pengetahuan: |
Laser Galeri Bisikan
Kabel serat optik terbuat dari kaca yang sangat murni. Dalam kabel serat optik, sifat-sifat kaca memaksa cahaya untuk memantul di sisi serat saat melintasi panjangnya. Shane dan rekan-rekannya fokus pada tantangan mengoptimalkan cara laser dapat melakukan hal yang serupa pada skala chip komputer, mengambil inspirasi dari sifat suara yang pertama kali dijelaskan lebih dari 200 tahun yang lalu.
Di bangunan dengan kubah besar atau ruangan berbentuk lingkaran, seperti Katedral St. Paul yang terkenal di London, bisikan di satu sisi kubah dapat didengar oleh siapa pun di sekitar tepinya. Ini disebut “galeri bisikan” dan gelombang suara yang memantul di sekitar ruangan tersebut dikenal sebagai “gelombang galeri bisikan.”
“Kami memiliki hal yang sama diatur di dalam laser kami. Mereka adalah laser mode ‘galeri bisikan’. Cahaya memantul di sekitar luar laser kami dan mencapai titik awalnya,” jelas Shane.
Shane dan rekan-rekannya berharap bahwa pola optimal dari laser yang memantul yang ditemukan pada skala yang lebih besar dapat direplikasi ketika laser semakin kecil, untuk membuat transfer data sangat cepat dan keren untuk perangkat elektronik masa depan.
“Dengan melihat tren masa lalu, kita bisa menebak bahwa kita akan ingin mengirim lebih banyak data dengan tingkat yang lebih tinggi,” kata Shane. “Jadi, kita harus siap.”
Penutup
Teknologi laser menjanjikan kemajuan besar dalam meningkatkan kecepatan dan kebersihan internet. Dengan menggunakan cahaya sebagai medium transfer data, para peneliti telah menemukan cara untuk mengatasi kendala-kendala yang dihadapi oleh kabel listrik, seperti panas berlebih dan interferensi. Namun, tantangan-tantangan dalam membuat laser yang lebih kecil dan lebih efisien masih ada, dengan partikel debu dan keterbatasan semikonduktor menjadi beberapa rintangan yang harus diatasi. Meskipun demikian, dengan upaya terus-menerus dan penelitian yang cermat, masa depan internet yang lebih cepat dan lebih bersih dengan teknologi laser mungkin bukan lagi sekadar mimpi.