«Закрученный» свет передал информацию на 143 километра

Это в 50 раз больше любых предшествующих рекордов по дальности связи на «закрученном» свете. Международная группа исследователей использовала необычный подход, чтобы передать информацию «закрученным» световым пучком на расстояние в 143 километра без использования кабелей. Это в 50 раз дальше, чем в предыдущем рекорде для передачи «закрученного» света в воздухе. Таким способом, полагают учёные, можно будет резко увеличить скорость передачи данных на спутники и обратно. Соответствующая статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Свет сегодня — главное средство передачи данных на значительные расстояния. За счёт его работы в оптоволоконных кабелях мы имеем современный широкополосный интернет и локальные сети.

Однако существующие способы увеличения скорости передачи данных световыми волнами находятся на пороге своего исчерпания. Один фотон в системах связи значит «единицу», его отсутствие — «ноль», и это означает, что один фотон может нести только один бит информации.

Физики не так давно предложили способ преодолеть это ограничение — передавать фотоном больше одного бита. Для этого можно использовать в одном световом пучке волны с разными фазами, из-за чего волны в пучке будут напоминать винт из мясорубки, распространяясь более плотным потоком.

Такой пучок часто называют закрученным светом. Количество «оборотов» в таком «спиралевидном» пучке также может быть использовано для передачи информации, и тогда условный десяток фотонов сможет нести больше десятка бит данных.Особенно привлекательно в этой схеме то, что теоретически в одном световом пучке можно будет закодировать неограниченное количество информации. Для «незакрученного» света это недоступно.

Весьма ценным был бы такой метод для связи с Земли со спутником. Последние в силу слабого энергоснабжения на орбите всегда ограничены по мощности излучения, из-за чего связь с ними далека от идеала (например, в облачную погоду часто пропадает сигнал GPS). Более эффективная передача информации здесь была бы крайне полезна.

В новой работе исследователи провели передачу «закрученного» света, используя адаптивную оптику телескопов. Сигнал был отправлен с астрономической обсерватории Ла Пальма на Канарских островах к другой обсерватории — на горе Тейде, на острове Тенерифе. В ходе передачи в сигнале были закодированы слова Hello World!.

Чтобы минимизировать ошибки при передаче (в атмосфере над морем много водяных паров, искажающих и рассеивающих свет), на приёмнике полученные данные обрабатывались при помощи так называемой искусственной нейронной сети — программного обеспечения, имитирующего методы работы нейронов мозга.

Хотя компьютерная версия таких сетей пока несопоставимо проще той, что работает в мозгу человека, этого оказалось достаточно, чтобы почти избежать ошибок при передаче данных. Случилась только одна: вместо восклицательного знака на конце Hello World! приёмник считал букву P.

К сожалению, использование сложного программного обеспечения пока делает систему не очень практичной. Долгое шифрование и дешифрование данных свело скорость передачи к уровню первых радиостанций, работавших с морзянкой.

Однако учёные отмечают, что это лишь первый опыт, не ставивший своей целью высокую скорость. В будущем новый способ связи будет серьёзно оптимизирован и сможет конкурировать с обычной передачей данных незакрученными электромагнитными волнами — а впоследствии и превзойдёт её.

Что ценно, луч смог преодолеть 143 километра на уровне моря. Плотная часть земной атмосферы заканчивается всего в десятках километрах от поверхности, а дальше распространению подобных лучей в принципе ничего не мешает.

Это означает, что они уже сейчас перспективны для спутниковой связи, причём как в классическом, так и в квантовом формате. Взято с life.ru