In den 1970er Jahren begann das Informationszeitalter: Seither verarbeiten und verbreiten Menschen immer größere Datenmengen, sei es in Form von Texten, Bildern oder Videos. Während die Telekommunikationsnetzwerke 1986 weltweit jährlich etwa 0,3 Exabits (1018 Bits) an Daten austauschten, waren es 2014 schon mehrere 100 Exabits – und die Werte wachsen weiterhin mit rasanter Geschwindigkeit an.

Inzwischen stoßen Informationssysteme jedoch an ihre Grenzen. Deshalb suchen Forscher fieberhaft nach neuen Technologien, mit denen sich der wachsende Bedarf zufrieden stellen ließe. In Zukunft könnten optische Systeme das Problem lösen, allerdings sind diese bisher nicht leistungsfähig genug. Deshalb setzen einige Physiker ihre Hoffnungen in die topologische Photonik, in der abstrakte mathematische Konzepte dabei helfen, viel versprechende Technologien zu entwickeln.

So ausgeklügelt heutige Informationssysteme erscheinen, basieren sie doch größtenteils auf zwei sehr unterschiedlichen Erfindungen des 19. Jahrhunderts: dem Radio, das der Italiener Guglielmo Marconi 1895 konstruierte, und dem 1840 vom US-Amerikaner Samuel Morse entwickelten Telegrafen. 

Das Radio ermöglichte es erstmals, Informationen durch elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit zu verbreiten. Dank zahlreicher technischer Fortschritte ließen sich Antennen immer weiter verkleinern; inzwischen findet man sie in etlichen technischen Geräten wie Mobiltelefonen. Allerdings büßen die winzigen Antennen bei hohen Übertragungsraten ihre Reichweite ein: Möchte man etwa 100 Megabit pro Sekunde verbreiten, ist nach wenigen hundert Metern Schluss.

Um große Datenmengen schnell auszutauschen, nutzen Forscher daher einen anderen Ansatz, der auf dem Telegrafen basiert …