Международная группа исследователей из Университета Витватерсранда (ЮАР) и Университета Бордо (Франция) впервые продемонстрировала передачу оптических данных по открытому воздуху через атмосферные искажения без использования сложных систем коррекции. В ходе эксперимента лазерный луч с закодированной топологической информацией был направлен на расстояние 270 метров между двумя зданиями в кампусе Университета Витса в Йоханнесбурге.
Несмотря на сильные искажения формы луча, вызванные турбулентностью, тепловыми потоками и ветром, закодированные данные сохранили целостность. Точность передачи составила более 98% в большинстве условий и снижалась лишь до 86% при экстремальной турбулентности.
В основе метода лежит топология — раздел математики, изучающий свойства, которые остаются неизменными при деформации объекта.
Кофейную кружку можно превратить в пончик — у обоих одно отверстие. Их можно растягивать и искажать, не меняя этого фундаментального свойства. То же самое происходит со световым лучом: он может сильно исказиться, но его топологическая информация останется неизменной, — объяснил профессор Эндрю Форбс, руководитель лаборатории структурированного света.
Команда применила этот принцип к свету, закодировав информацию в экзотические частицеподобные структуры — скирмионы, которые устойчивы к внешним возмущениям.
Традиционные системы оптической связи в свободном пространстве (FSO) требуют постоянного динамического пересчета и громоздкой адаптивной оптики для компенсации атмосферных искажений. Новый подход устраняет эту необходимость: приемник считывает закодированную топологическую полезную нагрузку напрямую, без предварительной очистки луча. Это может снизить энергопотребление и вычислительные затраты в оптических сетях дальнего действия.
Разработка имеет огромный потенциал для космических миссий, высокоскоростной спутниковой связи и квантовой криптографии. В ближайшей перспективе технология может обеспечить доступным высокоскоростным интернетом сельские и изолированные районы без прокладки дорогостоящих оптоволоконных кабелей. Как отметил профессор Форбс, «впервые мы можем игнорировать искажения, а не бороться с ними».
Читайте также нашу статью о том, как ученые нашли способ внедрить оптоволоконные технологии в кремниевые чипы.
