Лазерні "урагани" прискорюють передавання даних оптоволокном у 16 разів

Дослідники з Університету Аалто розробили метод створення "вихорів" світла — невеликих спіралей світлової енергії, які потенційно здатні значно розширити ємність даних. Про це пише Inteesting Engineering.

Сучасна комунікація значною мірою спирається на кодування інформації на різних носіях, при цьому лазерне світло, що передається по оптоволоконних кабелях, є одним з найбільш поширених методів. Однак, у міру зростання попиту на передання даних, потреба в ефективніших методах кодування стала нагальною.

"Це дослідження присвячене взаємозв'язку між симетрією і обертальністю вихору, тобто, які види вихорів ми можемо генерувати з якими видами симетрії. Наша квазікристалічна конструкція перебуває на півдорозі між порядком і хаосом", — каже Пяйві Термя, один з авторів дослідження.

Ці крихітні світлові вихори схожі на урагани в лазерному промені, зі спокійним темним центром, оточеним яскравим кільцем, чимось схожим на око бурі. У цьому разі вихор утворюється, тому що електричне поле світла тече в різних напрямках навколо центру, створюючи характерний малюнок, який може нести інформацію.

Прорив команди Аалто стався внаслідок маніпулювання металевими наночастинками за допомогою електричного поля для формування унікального візерунка, який називається "квазікристал". Квазікристали не вписуються у звичайні геометричні категорії; вони демонструють візерунок, який є регулярним, але ніколи не повторюється, що відкриває нові можливості для кодування інформації.

Керуючи симетрією всередині цих квазікристалів, дослідники можуть створювати складні світлові вихори, що несуть різні типи закодованої інформації.

Історично вчені знали, що геометрія матеріалу в наномасштабі впливає на тип вихорів, які він виробляє. Прості форми, як-от квадрати, генерують базові поодинокі вихори, тоді як шестикутні візерунки продукують подвійні вихори, а ще складніші форми вимагають восьмикутних розташувань.

Але досі створення складніших вихорів для кодування даних було складним завданням. Проєкт команди Аалто перевершує ці обмеження, відкриваючи можливість для створення вихорів будь-якої складності, що може здійснити революцію в кодуванні та передачі даних.

У своєму експерименті команда маніпулювала 100 000 металевих наночастинок, кожна з яких була приблизно в одну соту ширини людської волосини. Замість того щоб поміщати частинки у високоенергетичні гарячі точки всередині електричного поля, вони стратегічно розташували їх у "мертвих зонах" мінімальної взаємодії.

Уникаючи областей високої вібрації, дослідники могли точно налаштовувати електричне поле для створення бажаних вихорів з певними характеристиками.

Таскінен пояснює це як контрінтуїтивний, але ефективний підхід: "Електричне поле має гарячі точки високої вібрації і точки, де воно по суті мертве. Ми ввели частинки в мертві точки, які вимкнули все інше і дали нам змогу вибрати поле з найцікавішими властивостями для застосунків", — каже Таскінен у пресрелізі.

Це досягнення може відкрити шлях до розширення можливостей передавання даних у галузях, що потребують світлового кодування, таких як телекомунікації.

За словами Арджаса, ці вихори можуть передаватися оптоволоконними кабелями і декодуватися в місці призначення, що дає змогу зберігати і передавати набагато більше даних у межах меншої смуги пропускання. Ранні оцінки показують, що ця технологія може збільшити пропускну здатність оптоволоконних даних у 8-16 разів порівняно з поточними методами.

Хоча практичне застосування цього відкриття може зайняти ще роки, ця технологія являє собою багатообіцяльну основу для майбутніх досягнень.

Масштабування цього підходу для широкого використання потребуватиме значних інженерних зусиль, але група квантової динаміки в Аалто вже занурена в суміжні галузі досліджень, включно з надпровідністю та досягненнями в галузі органічних світлодіодів.

Раніше фахівець із радіотехнологій Сергій Бескрестнов розповів, чому у багатьох користувачів не працює мобільний інтернет навіть за хорошого сигналу.