Передача информации без проводов с помощью света давно вызывает у учёных повышенный интерес. Существует мнение, что в будущем такой обмен данными заменит традиционные сети Wi-Fi. Кроме того с помощью мощных высокоточных лазеров можно связываться с отдалёнными космическими аппаратами.
Изначально двоичный сигнал в таких системах кодировали в частых колебаниях интенсивности света, которые принимающие устройства переводят в привычные для компьютера "нули" и "единицы". Со временем физики и инженеры научились разными способами увеличивать пропускную способность такого канала. Разделяя широкий диапазон длин волн на несколько более узких пучков или запуская часть данных по волнам с правой или левой поляризацией можно передать несколько больший объём данных.
Но наиболее перспективной технологией в этой области является свет, закрученный по спирали — когда луч, подобно косичке, сплетается из множества спиральных пучков. Такие световые волны обладают уникальным свойством — орбитальным угловым моментом (ОУМ).
Предыдущие исследования уже продемонстрировали, что в оптоволоконных сетях с их помощью можно передавать до 2,5 терабит в секунду. Однако из-за помех, связанных с турбулентностью воздуха, организовать беспроводной обмен данными с помощью закрученного света удавалось лишь на незначительные расстояния в лаборатории.
Учёные из Венского университета (Universität Wien) и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) сумели значительно превзойти предыдущие результаты. Они использовали закрученный зелёный лазерный луч, чтобы передать на расстояние трёх километров несколько чёрно-белых изображений, включая портреты композитора Вольфганга-Амадея Моцарта, физиков-теоретиков Людвига Больцмана и Эрвина Шредингера.
Излучатель, установленный на радарной башне в Вене, составлял 16 конфигураций спиральных волн определённой длины. Приёмник на крыше Центрального института метеорологии и геодинамики улавливал эти сигналы в виде 16 уникальных узоров. Каждый узор соответствовал одному пикселю с заданным оттенком серого. В результате на основе принятой информации компьютер пиксель за пикселем построил чёткие картинки.
Количество состояний орбитального углового момента практически не ограничено, а значит, количество комбинаций спиральных волн можно значительно увеличить (что расширит диапазон передаваемой информации).
Помимо скоростного способа передачи данных эта технология может быть использована для шифрования информации в квантовых системах. Секретный ключ практически невозможно перехватить, при попытке вмешательства извне весь код будет потерян.
"Мы впервые показали, что информацию, закодированную в закрученном свете, можно отправить на три километра в городе при сильной турбулентности, — говорит соавтор исследования Марио Кренн (Mario Krenn). — Дополнительный потенциал технологии может значительно увеличить скорость передачи данных в классической связи".
Подробнее с результатами исследования можно познакомиться, прочитав статью, опубликованную в издании New Journal of Physics 1.
