© ROOT-NATION.com - Використання контенту дозволено за наявністю зворотнього посилання.
Науковці з Вітватерсрандського університету (Wits) та Бордоського університету, що у Франції, створили новаторський спосіб передачі даних крізь атмосферний шар без потреби коригувати спотворення, які зазвичай руйнують оптичні канали зв’язку. Під час експерименту, здійсненого на території Західного кампусу Wits у Йоганнесбурзі, дослідники довели, що відомості, які закодовано у спеціальній характеристиці світла – топології – зберігають свою цілісність, навіть якщо лазерний промінь із цими даними зазнає сильних викривлень через атмосферну турбулентність.
Результати дослідження, що вийшли на сторінках часопису Science Advances, спроможні відкрити шлях до розбудови значно надійнішого далекосяжного оптичного зв’язку, враховуючи лінії сполучення із супутниками та космічними апаратами, а також підвищити якість підключення у віддалених і малозабезпечених регіонах.
Сучасні системи комунікації застосовують різноманітні властивості світла, зокрема забарвлення, інтенсивність та поляризацію, аби переносити відомості. Оптоволоконні лінії захищають такі сигнали від значної кількості зовнішніх завад, проте спрямування світлового потоку відкритим повітрям становить набагато складніше завдання. Коливання температурних показників і повітряного тиску формують атмосферну турбулентність, яка здатна деформувати лазерний промінь під час його руху. Це явище може пошкоджувати дані, які він транспортує. Команда Wits застосувала кардинально інший підхід, закодувавши інформацію в топологію – математичну концепцію, яка описує параметри, що залишаються незмінними навіть тоді, коли об’єкт піддається розтягуванню або викривленню.
Для кращого розуміння переваг методу професор Ендрю Форбс, який очолює лабораторію структурованого світла у Фізичній школі Wits, порівняв це із тим, як кавове горнятко можна трансформувати у форму пончика. Він зазначив, що попри кардинальну відмінність у зовнішньому вигляді, обидва предмети мають по 1 наскрізному отвору. Їх можна витягувати чи змінювати їхні обриси, не деформуючи цієї базової характеристики. Точно так само й світловий промінь може суттєво викривлятися, але його топологічні дані лишатимуться повністю недоторканими.
Аби втілити це кодування в лазерних променях, фахівці задіяли особливу оптичну структуру під назвою скірміон. Після цього вони спрямували світлові потоки між 2 спорудами на території кампусу Wits на відстань у кілька 100 м, піддавши їх впливу природних турбулентностей повітря. Незважаючи на те, що форма світла у точці прийому кардинально відрізнялася від початкового променя, дані, що містилися в його топології, залишилися неушкодженими. Провідний автор дослідження Кейд Пітерс підкреслив, що невеликі лабораторні тести й раніше вказували на здатність топології забезпечувати стійке перенесення відомостей. Однак саме зараз вченим уперше вдалося продемонструвати таку міцність на реальній оптичній лінії в умовах природної атмосфери.
Традиційні системи оптичного зв’язку у відкритому просторі зазвичай потребують попереднього вимірювання атмосферних спотворень із подальшою їх компенсацією за допомогою спеціального обладнання та складних розрахунків. Новостворена методика не вимагає вимірювання чи виправлення викривлень для подальшого зчитування отриманих даних. Зазначений підхід здатен спростити майбутні системи й знизити технічні та обчислювальні вимоги, які виникають під час передачі відомостей у складних довколишніх умовах.
Професор Мітчелл Кокс із Лабораторії оптичного зв’язку Школи електротехніки та інформаційної інженерії Wits наголосив, що можливість кодувати й транспортувати дані за допомогою світла докорінно змінила глобальні засоби комунікації. Він додав, що зі зростанням потреб у обсягах даних виникає потреба в нових рішеннях для підвищення місткості, надійності та ефективності мереж. Робота доводить, що топологія є масштабним і поки що малозадіяним ресурсом, який спроможний лягти в основу наступного покоління оптичних комунікацій. Дослідники також вивчили перспективи застосування методики як у традиційних, так і в квантових мережах зв’язку, де збереження цілісності даних має надважливе значення.
Що стосується ПАР, Кейд Пітерс зазначив, що відкриття з часом може принести й значну соціальну користь. Він зауважив, що країна все ще долає серйозні виклики у забезпеченні надійного доступу до інформаційно-комунікаційних технологій, особливо у віддалених та малозабезпечених поселеннях. Розробляючи нові концепції для далекосяжного оптичного зв’язку, автори сподіваються зробити свій внесок у глобальні зусилля з подолання цифрового розриву.
Читайте також: Фізика навиворіт: Вчені створили перший у світі квантовий акумулятор
Фантасти щось таке передбачали про лазерний зв’язок) З книжок – в реальність