Ερευνητές από την Αυστρία εξέπεμψαν στρεβλωμένες ακτίνες φωτός από σκεπές στη Βιέννη, στο πρώτο πείραμα κατά το οποίο στρεβλωμένο φως μεταδίδεται σε μεγάλες αποστάσεις σε εξωτερικό χώρο.
Τα αποτελέσματα του πειράματος δημοσιεύθηκαν την προηγούμενη εβδομάδα στο New Journal of Physics του Institute of Physics και της German Physical Society. Όπως αναφέρεται σε σχετική ανακοίνωση, αυτό θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για εκμετάλλευση του σημαντικών δυνατοτήτων μετάδοσης δεδομένων του φωτός, τόσο υπό τη μορφή συμβατικών όσο και κβαντικών επικοινωνιών.
Προηγούμενες έρευνες είχαν δείξει ότι εάν μια ακτίνα φωτός συγκεκριμένου χρώματος ή μήκους κύματος στρεβλωθεί σε σχήμα τιρμπουσόν, ο αριθμός των καναλιών μέσω των οποίων μπορούν να μεταδοθούν δεδομένα μπορεί να αυξηθεί δραστικά. Αντί για την χρήση ενός μήκους κύματος φωτός ως ενός καναλιού επικοινωνίας, το φως μπορεί θεωρητικά να στρεβλωθεί σε έναν απεριόριστο αριθμό στροφών, με κάθε μία εξ αυτών να λειτουργεί ως ένα ξεχωριστό κανάλι επικοινωνίας.
Αυτό το χαρακτηριστικό, γνωστό ως OAM (orbital angular momentum- τροχιακή στροφορμή) έχει γίνει αντικείμενο εκμετάλλευσης από ερευνητές και στο παρελθόν, με κάποια πειράματα να έχουν δείξει ότι είναι δυνατή η χρήση του για τη μετάδοση δεδομένων της τάξης των 2,5 terabits ανά δευτερόλεπτο μέσω μιας οπτικής ίνας. Ωστόσο οι οπτικές ίνες δεν είναι πάντα ιδανικές ή διαθέσιμες για είδη επικοινωνίας στα οποία χρησιμοποιείται φως, όπως στην περίπτωση επικοινωνίας μεταξύ Γης και δορυφόρων, οπότε και ερευνητές προσπαθούν να στείλουν στρεβλωμένο φως μέσω κενών χώρων, αποφεύγοντας παράλληλα προβλήματα και διαταραχές από πιθανές αναταράξεις στον αέρα. Μέχρι τώρα αυτό είχε επιτευχθεί μόνο σε μικρές αποστάσεις σε εργαστήριο.
Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Βιέννης και του Institute of Quantum Optics and Quantum Information χρησιμοποίησαν μία πράσινη ακτίνα λέιζερ για να στείλουν στρεβλωμένο φως μέσω ενός φακού στην κορυφή ενός πύργου ραντάρ στη Βιέννη. Οι ερευνητές έστειλαν 16 διαφορετικές διαμορφώσεις ενός συγκεκριμένου μήκους κύματος φωτός σε έναν δέκτη σε απόσταση τριών χιλιομέτρων. Μια κάμερα χρησιμοποιήθηκε για να «πιάσει» τις ακτίνες φωτός και ένα τεχνητό νευρωνικό δίκτυο αναπτύχθηκε για να αποκαλύψει το χρησιμοποιούμενο μοτίβο, καθώς και να σβήσει πιθανές διαταραχές οι οποίες μπορεί να προκαλούνταν από αναταράξεις στον αέρα. Αφού διαπίστωσαν και κατηγοριοποίησαν 16 διαφορετικά μοτίβα, οι ερευνητές στη συνέχεια κωδικοποίησαν το φως εισάγοντας πραγματικές πληροφορίες, όπως εικόνες των Βόλφγκανγκ Αμαντέους Μότσαρτ, Λούντβιχ Μότσαρτ και Έρβιν Σρέντιγκερ.
Ο Μάριο Κρεν, ένας εκ των συντακτών της μελέτης, δήλωσε ότι «δείξαμε για πρώτη φορά ότι η πληροφορία μπορεί να κωδικοποιηθεί σε στρεβλωμένο φως και να αποσταλεί μέσω ενός εσωτερικού link πόλης τριών χιλιομέτρων, με ισχυρές αναταράξεις. Το ΟΑΜ φωτός είναι θεωρητικά απεριόριστο, κάτι που σημαίνει ότι, στη θεωρία, κάποιος έχει μία άνευ ορίων γκάμα διαφορετικών, διακριτών καταστάσεων στις οποίες μπορεί να κωδικοποιηθεί το φως. Οραματιζόμαστε ότι αυτός ο επιπλέον βαθμός ελευθερίας θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά τα data rates στη σύγχρονη επικοινωνία».
Ο Κρεν και οι συνάδελφοί του πιστεύουν επίσης ότι το ΟΑΜ φωτός θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και σε πειράματα κβαντικής επικοινωνίας, ανοίγοντας τον δρόμο για «κλειδιά» που θα είναι πολύ δύσκολο να «σπάσουν», και κατʼεπέκταση πολύ πιο ασφαλείς επικοινωνίες.
