Renderização artística da Demonstração de Comunicações a Laser Lunar da NASA Imagem cortesia da NASA Quando os lasers foram inventados, eles foram chamados de uma solução à procura de um problema. Todos achavam que eles eram tão legais quanto o condensado de Bose-Einstein, mas ninguém sabia muito bem o que fazer com esses dispositivos que podiam produzir um feixe de luz altamente focalizado.
Hoje, lasers se tornaram uma das tecnologias mais importantes do mundo, usado em setores que variam de tecnologia da informação a telecomunicações, Medicina, eletrônicos de consumo, aplicação da lei, equipamento militar, entretenimento e fabricação.
Desde os primeiros dias do desenvolvimento do laser, os pesquisadores perceberam que a luz poderia superar o rádio em termos de velocidade e densidade da informação. Tudo se resumia à física. Os comprimentos de onda da luz são compactados de forma muito mais compacta do que as ondas sonoras, e eles transmitem mais informações por segundo, e com um sinal mais forte. Comunicações laser, uma vez alcançado, seria o trem-bala para o trem de vagão do rádio [fontes:Hadhazy; Thomsen].
Num sentido, lasers têm sido usados em comunicações há anos. Transferimos informações via laser todos os dias, seja lendo CDs e DVDs, escaneando códigos de barras nas filas do caixa ou tocando no backbone de fibra ótica de serviços de telefone ou Internet. Agora, uma abordagem mais direta, um que permitirá comunicação ponto a ponto de alto rendimento - em grandes distâncias, através do ar ou do espaço, com pouca perda de dados - está no horizonte.
Já demorou um pouco para chegar aqui. Já em 1964, A NASA brincou com a ideia de usar lasers para comunicações de aviões. A ideia era converter a voz de um piloto primeiro em pulsos elétricos, então em um feixe de luz. Um receptor no solo, então, reverteria o processo [fonte:Science News Letter]. Em outubro de 2013, A NASA percebeu e excedeu em muito essa visão quando uma nave orbitando a lua enviou dados para uma estação terrestre por meio de um feixe de laser pulsado - 239, 000 milhas (384, 600 quilômetros) de transmissão a uma taxa de download inédita de 622 megabits por segundo (Mbps) [fonte:NASA]. Por comparação, planos de dados de consumo de alta velocidade são geralmente medidos em dezenas de megabits.
E em alta velocidade, alta densidade é o nome do jogo. Durante a maior parte de sua história, A NASA se envolveu em missões audaciosas de exploração apenas para ser prejudicada pelo equivalente a velocidades de download dial-up. Com comunicações a laser, a agência está entrando na era da alta velocidade, abrindo a porta para, entre outras aplicações, transmissões de vídeo de alta qualidade de rovers futuros.
A NASA não está sozinha. Criptógrafos e especialistas em segurança veem os lasers como um feixe estreito, sistema de entrega quase instantânea, enquanto a nova geração de negociantes de alta frequência em Wall Street está disposta a pagar muito dinheiro por qualquer conectividade que possa economizar milissegundos em seus tempos de negociação. Fabricantes de computadores, aproximando-se dos limites do que é alcançável com cobre e silício, também estão pesquisando possíveis aplicações do laser.
Quando a velocidade é tudo e a luz marca o limite de velocidade do universo, lasers são obrigados a ser a resposta - se a tecnologia puder se tornar prática.
O objetivo das tecnologias de comunicação é transmitir informações rapidamente, completamente e com precisão. Se você já jantou com um boor, então você sabe quão pouca informação uma parede de ruído pode conter; se você já jogou videogame, você experimentou como o significado pode ser mutilado quando mal retransmitido.
Historicamente, as comunicações de longa distância multiplicaram essas dificuldades. Transmissão - por tambor, fogueira, fumaça, flag ou light - a primeira tradução necessária em um código necessariamente simples. Cabos telegráficos e código Morse tornaram a transmissão complexa possível, mas cara, novamente reforçando a virtude da brevidade.
A comunicação eletrônica moderna requer um dispositivo de envio que pode codificar quaisquer dados em uma forma transmissível e um receptor que pode distinguir entre a mensagem (sinal) e sua linha estática circundante (ruído). Teoria da informação , um modelo matemático criado pelo engenheiro americano Claude Shannon em 1948, forneceu a estrutura que finalmente resolveu esse problema e fez tecnologias como o telefone celular, a Internet e o modem são possíveis [fonte:National Geographic].
Em princípio, os sistemas de comunicação a laser se parecem com os modems que usamos em nossas casas desde o surgimento da Internet. Modem significa MODulation-DEModulation, um processo no qual as informações digitais são convertidas em analógicas para transmissão, em seguida, de volta. Os primeiros modems acústicos usavam ondas sonoras para transmissão por linhas telefônicas. Os modems ópticos mudam do som para uma parte de frequência mais alta do espectro, luz.
Não é um conceito totalmente novo. Dispositivos audiovisuais com áudio óptico, como muitos leitores de DVD, use um dispositivo semelhante a um modem chamado de módulo de transmissão para converter sinais digitais em LED ou luz laser, que então viaja ao longo do cabo de fibra óptica até um componente de destino, como uma televisão ou um receptor de áudio. Há um módulo de recepção de luz converte a luz de volta em um sinal elétrico digital adequado para alto-falantes ou fones de ouvido.
Prova de conceito da NASA Demonstração de comunicação do laser lunar ( LLCD ), desenvolvido pelo Lincoln Laboratory do MIT, usa um sistema semelhante, mas dispensa a fibra em favor da transmissão do laser através do ar e do espaço (às vezes chamado comunicação óptica de espaço livre , ou FSO ) LLCD usa três componentes:
Com o sucesso do experimento, o futuro das comunicações a laser ficou um pouco mais brilhante, mas existe um mercado para essa tecnologia fora da agência espacial? Pode apostar que sim.
Fibra óptica ainda reiFibra ótica, tornado prático pelo físico britânico Harold Hopkins em 1952, gradualmente ultrapassou o cabo eletrônico à medida que a tecnologia foi aprimorada por lasers sintonizáveis com mais precisão e fibra de alta qualidade. Hoje, é a tecnologia de ponta para as comunicações - pelo menos até que a comunicação do FSO se torne mais eficiente e eficaz. A tecnologia, que transmite dados usando pulsos de luz refletidos ao longo do vidro reflexivo interno ou cabo de plástico, pode transportar mais informações por segundo, para distâncias maiores e sem degradação, do que pulsos elétricos ao longo de fios de cobre [fonte:National Geographic; Thomsen].
As comunicações a laser podem ser uma bênção para a exploração espacial, mas atividades muito mais terrenas determinarão seu destino como tecnologia comercial.
Leva, por exemplo, A raça emergente de negociantes de alta velocidade de Wall Street que alavancam o poder da análise quantitativa, a velocidade da banda larga premium e uma multiplicidade de microtransações para acumular ganhos uma fração de centavo de cada vez. Para um negócio baseado em "robo-traders, "algoritmos de computador que fazem negociações de milissegundos de acordo com um conjunto de regras, tempo de transmissão é dinheiro, e os lasers são o jogo mais rápido da cidade [fontes:Adler; CBS News; Strasburg].
Para extrair o máximo de cada negociação, empresas como a Spread Networks investiram na melhor fibra disponível e eliminaram todas as torções e curvas que puderam com as mangueiras de dados que conectavam capitais comerciais como Chicago, Nova york, Londres e Tóquio (cada milha extra adiciona cerca de oito microssegundos às viagens de ida e volta de dados). Quando isso não foi rápido o suficiente, outros grupos, como McKay Brothers e Tradeworx, elimine as fibras ópticas em favor das microondas transmitidas pelo ar. Embora apenas um passo acima do rádio em termos de potência e velocidade, as microondas viajam mais rápido pelo ar do que a luz passa pelas fibras ópticas [fontes:Adler; Strasburg].
Os lasers potencialmente postariam as velocidades mais rápidas de todas; a velocidade da luz no ar é quase tão rápida quanto no vácuo, e poderia atravessar 720 milhas (1, 160 quilômetros) separando Nova York e Chicago em cerca de 3,9 milissegundos - uma viagem de ida e volta (também conhecida como latência) de 7,8 milissegundos, em comparação com 13,0-14,5 milissegundos para novos sistemas de fibra óptica e 8,5-9,0 milissegundos para transmissores de microondas [fonte:Adler].
Na esfera da segurança, lasers e outros sistemas de comunicação óptica oferecem comunicações mais seguras - e os meios para espioná-los. A criptografia quântica tira proveito de uma propriedade da física quântica - a saber, que um terceiro não pode detectar o estado quântico da chave de criptografia fotônica sem alterá-la e, Portanto, sendo detectado - para estabelecer comunicações altamente seguras usando feixes de fótons criados por lasers atenuados [fontes:Grant; Waks et al.]. No outono de 2008, pesquisadores em Viena começaram a fazer experiências com uma Internet quântica baseada em parte neste princípio [fonte:Castelvecchi]. Infelizmente, lasers também têm sido usados para interceptar e falsificar tais sinais de uma forma não quântica, contornando assim a detecção. As empresas de criptografia Quantum estão trabalhando para resolver o problema [fontes:Dillow; Lydersen et al.].
Na verdade, as principais desvantagens das comunicações de laser na atmosfera têm a ver com a interferência da chuva, névoa ou poluentes, mas dadas as vantagens da tecnologia, essas questões dificilmente impedirão o progresso da tecnologia. Então, literalmente ou figurativamente, o céu é o limite para as tecnologias de comunicação a laser.
1, 001 Usos para comunicação a laserAs comunicações de dados de alta velocidade possíveis entre as redes são apenas a ponta do iceberg quanto ao que é possível com as comunicações a laser, muitos dos quais derivam da falta de conexão física necessária. Os feixes podem conectar chips de computador dentro de computadores, atravessar terras e estradas sem exigir direito de passagem ou propriedade, e ser erguidos como redes temporárias durante batalhas ou em condições de desastre. Eles podem fornecer redundância de rede, conecte as redes ópticas existentes ou nos aproxime de uma infraestrutura convergente de dados de voz - tudo com alta velocidade, baixas taxas de erro e imunidade a interferências eletromagnéticas [fontes:Carter e Muccio; Desmarcar].
As comunicações a laser são outro ótimo exemplo de como estamos vivendo no futuro, mas sempre associarei o conceito a um episódio do passado. Durante a Guerra Fria, Léon Theremin - inventor do entrelaçamento de vídeo, bem como o instrumento elétrico homônimo ouvido em dezenas de filmes de ficção científica - desenvolveu um dispositivo de escuta baseado em luz capaz de grampear remotamente um escritório (era na verdade um feixe infravermelho de baixa potência, não é um laser). Funcionou detectando as vibrações em um painel de vidro causadas pela pressão do som gerada por vozes dentro da sala-alvo. Os soviéticos usaram este dispositivo, o ancestral dos modernos microfones a laser, para espionar várias embaixadas em Moscou.
