¿Cómo el envío de un rayo láser nos da una velocidad de comunicación mucho más rápida si el retraso de propagación de un bit es cercano o igual a la velocidad de la luz?

Porque el medio está mucho más cerca del vacío.

Una cosa clave olvidada de la velocidad de la luz es que dicha velocidad depende del medio a través del cual viaja la energía. La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, pero la velocidad de la luz a través de cualquier otro medio es naturalmente más lenta debido a las interacciones entre la materia y la luz que hacen que recorra una distancia arbitrariamente más larga a través de los medios que una línea perfectamente recta.

Por otro lado, de hecho es posible superar la velocidad de la luz en un medio particular que no sea el vacío; Esto sucede en los reactores nucleares, cuando las partículas altamente energéticas superan la velocidad de la luz en el agua al moverse demasiado rápido para ser afectadas por el medio. El resultado es la radiación de Cherenkov:

Caso en cuestión, la propagación del voltaje eléctrico a través de un cable de cobre ocurre a la velocidad de la luz en cobre . La propagación de fotones a través de un medio ópticamente claro como un cable de fibra óptica ocurre a la velocidad de la luz a través de ese medio. Hay una diferencia en esas dos velocidades; el cobre es más lento para transmitir EMR, porque el cobre requiere el movimiento de una partícula masiva (el electrón; ligero, pero aún se considera que tiene su propia masa a diferencia de la luz) entre los átomos en función de la absorción de un fotón para aumentar su estado de energía, a fin de propagar la carga a lo largo del cable. Los fotones reales se mueven mucho más rápido por sí mismos, a través de un medio que no los captura (o solo transitoriamente lo hace), como una sustancia ópticamente transparente como el vidrio o ciertos plásticos. La velocidad a la que los fotones se mueven a través de la fibra es aún más lenta de lo que lo harían en el vacío, pero mucho, mucho más rápido que la transmisión de esa energía a través de un metal por intercambio de electrones.

Además, “velocidad” de comunicación significa dos cosas. Lo que estamos discutiendo en este momento es principalmente “latencia”, o la demora entre el inicio de la comunicación y su recepción en una distancia arbitraria (o, equivalentemente, el tiempo requerido para hacer un “viaje de ida y vuelta” a través de esa distancia dos veces, que es el tiempo más corto necesario para verificar que la comunicación se haya propagado al destinatario). La latencia teórica más baja posible entre dos puntos es el tiempo que le tomaría a la luz recorrer esa distancia en el vacío. Eso ya es medible, si posiblemente no es prácticamente significativo, cuando se habla de lugares distantes alrededor de la Tierra; La comunicación entre la ciudad de Nueva York y Adelaida, Australia, puede tener un retraso de no menos de 56 milisegundos en un sentido, que es el tiempo requerido para que la luz viaje 17 millones de metros (la distancia circunferencial entre Nueva York y Adelaida, a menos que desee perforar un agujero a través de la Tierra para una verdadera comunicación en línea recta). La mayor parte de la comunicación de la raza humana no tiene lugar a través de un vacío, por lo que hay un retraso más largo.

El segundo, y más importante porque es más variable, determinante de la “velocidad” de datos es el ancho de banda, o la cantidad de información que se puede “almacenar” a lo largo de una cierta longitud del canal de comunicación, y por lo tanto, dada la velocidad a la que se mueve la información a lo largo del canal, la velocidad a la que se puede enviar y recibir información.

La comunicación láser, como la fibra óptica o las comunicaciones láser “inalámbricas” similares a las de satélite o microondas, funcionan mejor que las eléctricas porque, para un número determinado de “conductores” (eléctricos u ópticos), un láser puede transportar más frecuencias de luz en un conductor único, a diferencia del eléctrico que (para la comunicación digital) a menudo está restringido a una frecuencia fundamental, y un láser solo requiere un conductor para cada conjunto de canales, donde un circuito eléctrico debe ser un bucle, que requiere dos conductores (allí y atrás) para cada canal de comunicación) por canal. Por lo tanto, los comunicadores basados ​​en láser hacen un uso mucho más eficiente de un número determinado de canales conductivos disponibles y, por lo tanto, permiten un ancho de banda mucho mayor con una cantidad de latencia similar, lo que permite transmitir un cierto número de bits en menos tiempo que con la comunicación eléctrica.

Aunque no soy un experto en comunicación óptica / láser, trataría de responder a la llamada A2A.
La velocidad de propagación de ondas electromagnéticas es ‘cm / s’ en el espacio libre y es ligeramente menor en medios más densos (como las fibras ópticas).
En primer lugar, las comunicaciones electrónicas emplean ‘ modulación ‘ de ‘ onda portadora ‘ a través de un ‘ canal / medio ‘.
Más datos pueden ser empacados por
1. Incremento de la frecuencia de onda portadora
2. Usando esquemas de modulación complejos
La velocidad de propagación es una limitación del canal de información que es ‘cm / s’ en el espacio libre. Los LÁSER tienen sentido para comunicaciones sensibles a largas distancias o retrasos, ya que utilizamos una onda portadora más alta (luz en lugar de radio) para la misma velocidad de propagación. También es punto a punto a diferencia de la radio.

Más bits por segundo. La velocidad de comunicación está determinada por el tiempo que lleva transmitir el mensaje completo, todos los bits, no solo el primer bit. La transmisión láser (ya sea a través del espacio libre o por un cable de fibra óptica) está menos sujeta al ruido y la interferencia que la mayoría de las otras formas de transmisión, lo que facilita la velocidad. Guru ha explicado en detalle

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