Закрученный свет впервые передали на расстояние трех километров по воздуху

Физикам из Австрии удалось передать закрученный пучок света на расстояние трех километров. По их словам, они впервые сумели передать такие лучи на большую дистанцию в открытом воздухе. Результаты своих исследований авторы опубликовали в New Journal of Physics.

Предыдущее исследование ученых показало, что закрученные волны определенной длины могут образовать совокупность каналов, которые обеспечат существенное увеличение передаваемых объемов данных. Тогда ученые смогли передать около 2,5 терабит информации (эквивалентно объему около 66 DVD-дисков) в секунду, но не по воздуху, а через оптоволокно.

Однако использование кабеля не всегда удобно для передачи информации. Например, пока трудно представить отправку данных в космос с поверхности Земли или на другие такие же далекие расстояния.

В своей работе физикам удалось при помощи лазерного луча и линзы передать закрученный свет на расстояние трех километров от радарной башни Центрального института метеорологии и геодинамики в Вене до приемника, расположенного на крыше кампуса местного университета.

Всего ученые отправили 16 различных типов закрученных пучков. Вместе с камерой для приема света ученые задействовали искусственную нейронную сеть, которая устранила возможные искажения принимаемой картинки, связанные с турбулентностями в воздухе.

Информация, которую передавали про воздуху ученые, содержала выполненные в сером цвете изображения композитора Вольфганга Амадея Моцарта (Wolfgang Amadeus Mozart) и физиков Людвига Больцмана (Ludwig Eduard Boltzmann) и Эрвина Шредингера (Erwin Schrodinger).

Физически закрученный свет представляет собой волну, фронт (воображаемая поверхность с колебаниями в одинаковой фазе) которой закручен и имеет спиралевидную форму, в отличие от, например, волны от точечного источника света, фронт которой представляет собой сферу.

Появление закрученности связано с переносом светом углового момента импульса: если такая волна встретит на своем пути свободное тело, то она может передать ему вращательный момент и заставить его крутиться вдоль оси, которая совпадает с направлением распространения света.

Теоретически, возможности закрученных световых каналов очень широки: закрутить в один большой макроканал можно достаточно большое количество лучей разных длин волн, с каждым из которых связана передача информации определенного типа, а, поскольку закрученность является характеристикой каждого отдельного фотона и не ограничена набором значений спина -1 или 1, то возможности увеличения емкости передаваемых объемов информации представляются еще большими.