Информация в лазерном луче сохранилась после передачи через атмосферную турбулентность

Учёные впервые передали топологически закодированную информацию по реальной атмосферной линии: турбулентность сильно исказила лазерный луч, но сообщение дошло без повреждений и коррекции сигнала.

Эксперимент провели специалисты Университета Витватерсранда в Южной Африке и Университета Бордо во Франции. Лазерный луч направили между двумя зданиями кампуса в Йоханнесбурге на расстояние в несколько сотен метров, подвергнув его воздействию естественных перепадов температуры и давления воздуха.

В обычной беспроводной оптической связи атмосферная турбулентность меняет форму светового пучка и может повредить закодированные в нём данные. Для восстановления сигнала приходится измерять искажения, а затем компенсировать их с помощью специального оборудования и вычислений.

Авторы новой работы записали информацию не в обычных характеристиках луча, а в его топологии — свойстве, которое сохраняется при плавной деформации объекта. Для этого использовался оптический скирмион: сложная структура, образованная взаимным расположением состояний поляризации света.

К моменту прибытия к приёмнику внешний вид пучка заметно отличался от отправленного. Однако его топологическая характеристика сохранилась, поэтому закодированную информацию удалось восстановить без предварительного измерения и исправления атмосферных искажений.

Ранее устойчивость такого подхода показывали в небольших лабораторных установках. По словам исследователей, это первая демонстрация на реальной открытой оптической линии при естественной атмосферной турбулентности.

Технология потенциально может упростить свободно распространяющуюся лазерную связь, уменьшить требования к оборудованию и обработке сигнала. Среди возможных применений называются наземные линии связи, соединения со спутниками и космическими аппаратами, а также обычные и квантовые коммуникации.

Пока речь идёт об экспериментальном подтверждении принципа, а не о готовой системе передачи больших потоков данных. Для практического внедрения предстоит проверить дальность, скорость, устойчивость при более сильных погодных воздействиях и возможность одновременной передачи множества информационных символов.

Исследование в Science Advances
Сообщение Университета Витватерсранда