Как передать информацию без потерь

Цифровые данные планируют передавать с помощью света и сверхмощной оптической линзы.

Как сообщает Physical Review Letters, исследователи из Университета Сямынь в Китае разработали оптическую линзу, которая обладает сразу двумя свойствами, которые до сих пор не были продемонстрированы вместе: самофокусировка и оптический эффект, называемый эффектом Тальбота, благодаря которым стало возможно создание «светового кода».

Эффект Тальбота. Если свет проходит через несколько параллельных щелей (дифракционная решётка), то возникает интерференция и появляются «дыры» с нулевой интенсивностью света

Сначала эффект удалось получить на высокочастотном СВЧ излучении, но вскоре его продемонстрировали также и в звуковых волнах, и в видимом диапазоне. Сейчас начались эксперименты с лазерами в оптоволокне.

В электромагнитной теории присутствует определённый дуализм между пространством и временем. В частности, дифракция световых лучей в пространстве является математическим эквивалентом временнóго распространения света в среде. Другими словами, дифракция и дисперсия симметричны в пространстве-времени.

Это сразу же ведёт к тому, что мы можем создать эквивалент дифракционных линз не только в пространстве, а во времени.

Проще всего это понять, если представить поток автомобилей на автостраде. Первая группа начинает ехать быстрее, а вторая группа — медленнее. Между ними образуется своеобразный карман, где нет ни одного автомобиля. Посередине дороги первая группа начинает замедляться, а вторая группа — ускоряться, так что карман исчезает, а все события, которые там происходили, навсегда стираются из истории.

В точку назначения приходит такой же поток автомобилей, какой отправлялся из точки отправления. В этой аналогии автомобили — это фотоны, а автострада — волновод. Разделение света на группы частот осуществляется с помощью изменения напряжения в фазовом модуляторе: так и появляются карманы во времени, как и в случае с обычной дифракционной решёткой.

С точки зрения физики, мы растягиваем и сжимаем время, так что появляется пространство для внедрения дополнительной информации. Группа физиков из университета Пердью под руководством Джозефа Льюкенса (Joseph Lukens) сумела «растянуть время» на 46%, отправляя дополнительно к основному «скрытый» поток 12,7 Гбит/с в скрытых карманах времени по 36 пикосекунд каждый.

Учёные доказали, что сочетание этих двух свойств может использоваться для передачи закодированного цифрового сигнала без потери качества и скорости информации. Такое изобретение может быть положено в основу высокоэффективных оптических систем связи.

Если исследования закончатся успешно, а собранный прототип продемонстрирует устойчивую работу, то отсутствие дифракции и эффект Тальбота могут быть использованы для передачи закодированных оптических изображений на большие расстояния с высоким качеством.