Record mondiale: fibra a core cavo Microsoft viaggia alla velocità della luce… o quasi

Nelle comunicazioni a lunga distanza, l’attenuazione rappresenta una delle principali sfide tecniche. Essa indica la perdita di potenza del segnale durante la trasmissione attraverso un mezzo, che può essere un cavo elettrico, una fibra ottica o l’aria. Il valore dell’attenuazione determina la necessità di amplificatori o ripetitori lungo il percorso, influenzando direttamente i costi, la latenza e l’efficienza energetica di una rete. Di recente, un team di ricercatori composto da ingegneri di Lumenisity, spin-off dell’Optoelectronics Research Center dell’Università di Southampton, e di Microsoft, che ha acquisito l’azienda nel 2022, ha sviluppato una nuova tipologia di fibra ottica, nota come fibra a core cavo, che sfrutta l’aria come mezzo di propagazione principale per il segnale luminoso.

Microsoft e Lumenisity stabiliscono un nuovo record mondiale

Negli ultimi quarant’anni, la ricerca nel campo delle fibre ottiche ha via via conseguito miglioramenti incrementali, ma senza scalfire un limite considerato invalicabile: la soglia di attenuazione delle fibre in silice, ferma a circa 0,14 dB/km dagli anni ’80.

Oggi, però, questo scenario cambia radicalmente grazie al lavoro congiunto di Lumenisity e Microsoft, con l’obiettivo di portare la tecnologia a core cavo su scala industriale.

Il risultato, pubblicato su Nature Photonics il 1° settembre 2025, segna una svolta storica: un nuovo tipo di fibra ottica ha evidenziato un’attenuazione di appena 0,091 dB/km a 1.550 nm, il valore più basso mai registrato in qualsiasi fibra.

Dal vetro all’aria: il salto tecnologico delle fibre a core cavo

Le fibre ottiche convenzionali guidano la luce attraverso un nucleo di vetro. Pur essendo trasparente, esso rallenta i fotoni a circa 200 milioni di metri al secondo, ossia due terzi della velocità della luce nel vuoto. Le fibre a core cavo (Hollow-Core Fiber, HCF) ribaltano il paradigma: la luce viaggia principalmente nell’aria, riducendo la latenza di quasi la metà e attenuando gli effetti non lineari tipici della trasmissione nel vetro.

Il limite che ne ha sempre frenato l’adozione era però la perdita: le prime fibre a core cavo superavano 1 dB/km, rendendole inutilizzabili per reti di lunga distanza.

Il progresso decisivo è arrivato con la progettazione Double Nested Antiresonant Nodeless Fiber (DNANF). Questa architettura utilizza sottilissimi tubi concentrici di vetro, spessi pochi micron, disposti in modo da agire come specchi nanometrici che intrappolano la luce nell’aria.

Lo studio ha dimostrato che:

• L’attenuazione resta inferiore a 0,2 dB/km su una banda eccezionalmente ampia di 66 THz, più del doppio rispetto alla finestra ottimale delle fibre in silice (~26 THz).
• La dispersione cromatica è sette volte più bassa rispetto alle fibre tradizionali, semplificando i progetti dei transceiver e riducendo i consumi energetici degli apparati di rete.
• La velocità effettiva della trasmissione aumenta del 45%, avvicinandosi significativamente alla velocità della luce nel vuoto.

Sono tutte caratteristiche che aprono prospettive oltre le telecomunicazioni classiche, includendo la trasmissione remota di fasci laser, la connessione a bassa latenza per applicazioni di calcolo distribuito e scenari di networking ad alte prestazioni per l’intelligenza artificiale.

Dal laboratorio al cloud: l’impegno di Microsoft

L’acquisizione di Lumenisity da parte di Microsoft si è rivelata una mossa assolutamente vincente e decisiva. All’epoca, le fibre a core cavo raggiungevano ancora perdite di 2,5 dB/km, troppo elevate per competere con la silice. Oggi, grazie ai progressi del DNANF, la tecnologia è entrata nella fase operativa.

Sono infatti già in uso ben 1.200 km di fibra che trasportano traffico reale sulla rete Microsoft. Durante la conferenza Microsoft Ignite 2024, Satya Nadella ha annunciato l’obiettivo di installare 15.000 km di fibra DNANF all’interno della dorsale Azure entro due anni, a supporto dei carichi computazionali dell’AI e delle esigenze di connettività globale.

Secondo Francesco Poletti, co-inventore del design, la riduzione dell’attenuazione consentirà agli operatori di eliminare uno su due o tre siti di amplificazione, con un impatto diretto sui costi.

Nelle fibre ottiche l’attenuazione non è già quasi insignificante se paragonata ad altri mezzi trasmissivi?

Sappiamo bene che l’attenuazione nelle fibre ottiche tradizionali è già estremamente bassa se la confrontiamo con altri mezzi trasmissivi:

• Cavi in rame (coassiali o doppino): attenuazioni tipiche da 5 a 20 dB/km (anche di più alle frequenze più alte). Dopo poche centinaia di metri è necessario un ripetitore.
• Onde radio (wireless terrestre): l’attenuazione nello spazio libero cresce con la distanza e con la frequenza (es. oltre 100 dB già a qualche decina di km in bande millimetriche).
• Fibre ottiche in silice: l’attenuazione record pari a circa 0,14 dB/km a 1.550 nm sta a significare che un segnale può percorrere 80–100 km prima di richiedere un amplificatore o rigeneratore.

Abbassare ancora l’attenuazione introduce molteplici vantaggi così come parzialmente evidenziato in precedenza. Con fibre DNANF <0,1 dB/km, la distanza utile per l’introduzione di amplificatori può crescere a 150–200 km. Questo vuol dire meno apparati, meno energia consumata, meno manutenzione.

Le fibre a core cavo trasportano la luce nell’aria, non nel vetro: la velocità di propagazione aumenta del 30–45%. Per applicazioni come il cloud distribuito e l’AI ad alta scala, anche qualche millisecondo risparmiato su tratte continentali o intercontinentali si traduce in un vantaggio competitivo.

Le fibre in silice funzionano meglio solo in finestre ristrette (C-band, L-band); DNANF mantiene attenuazione bassa su 66 THz di banda, aprendo spazi a comunicazioni a spettro più ampio e sistemi ottici più semplici.

Quindi, anche se la fibra ottica sembra già “perfetta” rispetto ad altri mezzi, questo nuovo salto abbassa ancora di più il limite fisico, con impatti su scala planetaria per le telecomunicazioni e il cloud computing.

Quanto manca a raggiungere la velocità della luce con le fibre DNANF?

Utilizzando i dati noti possiamo fare un calcolo approssimato. Sappiamo che la velocità della luce nel vuoto 𝑐 = 299.792.458 m/s. Il trasferimento del flusso su una fibra in silice tradizionale può avvenire a circa 2/3 𝑐 ovvero a circa 200.000.000 m/s.

Il team di Lumenisity stima un aumento della velocità del 30–45% rispetto alla fibra in silice per DNANF (hollow-core). Di conseguenza, se prendiamo il valore più ottimistico (+40%), si arriverebbe a circa 280.000.000 m/s ossia al 93–94% della velocità della luce nel vuoto.