Os cientistas deram um passo importante no sentido de usar a luz "torcida" como uma forma de comunicação sem fio, transmissão de dados de alta capacidade que pode tornar a fibra óptica obsoleta.

Em um novo relatório publicado hoje (quinta-feira, 26 de outubro) na revista Avanços da Ciência , uma equipe de físicos com base no Reino Unido, Alemanha, A Nova Zelândia e o Canadá descrevem como uma nova pesquisa em 'momento angular óptico' (OAM) poderia superar as dificuldades atuais com o uso de luz torcida em espaços abertos.

Os cientistas podem "torcer" os fótons - partículas individuais de luz - passando-os por um tipo especial de holograma, semelhante ao de um cartão de crédito, dando aos fótons uma torção conhecida como momento angular óptico.

Enquanto as comunicações digitais convencionais usam fótons como uns e zeros para transportar informações, o número de torções entrelaçadas nos fótons permite que eles carreguem dados adicionais - algo semelhante a adicionar letras ao lado de uns e zeros. A capacidade dos fótons torcidos de transportar informações adicionais significa que o momento angular óptico tem o potencial de criar tecnologia de comunicação com largura de banda muito maior.

Embora as técnicas de momento angular óptico já tenham sido usadas para transmitir dados através de cabos, transmitir luz distorcida em espaços abertos tem sido significativamente mais desafiador para os cientistas até hoje. Mesmo mudanças simples nas pressões atmosféricas em espaços abertos podem espalhar feixes de luz e fazer com que as informações de rotação sejam perdidas.

Os pesquisadores examinaram os efeitos na fase e na intensidade do OAM transportando luz através de um link real em um ambiente urbano para avaliar a viabilidade desses modos de transferência de informação quântica.

Seu link de espaço livre, em Erlangen, Alemanha, tinha 1,6 km de comprimento e passou por campos e ruas e perto de prédios altos para simular com precisão um ambiente urbano e turbulência atmosférica que pode interromper a transferência de informações no espaço - uma abordagem completa que será fundamental para levar adiante a pesquisa OAM.

Conduzindo estes testes de campo em um ambiente urbano real, revelou novos desafios estimulantes que devem ser superados antes que os sistemas possam ser disponibilizados comercialmente. Estudos anteriores indicaram a viabilidade potencial de sistemas de comunicação OAM, mas não havia caracterizado completamente os efeitos da turbulência do ar na fase da luz estruturada que se propagava por elos desse comprimento.

Dr. Martin Lavery, chefe do Grupo de Pesquisa em Fotônica Estruturada da Universidade de Glasgow, é o autor principal do artigo de pesquisa da equipe. O Dr. Lavery disse:"Em uma época em que nosso consumo global de dados está crescendo a uma taxa exponencial, há uma pressão crescente para descobrir novos métodos de transporte de informações que possam acompanhar a grande captação de dados em todo o mundo.

"Uma completa, O sistema de comunicações ópticas de momento angular capaz de transmitir dados sem fio através do espaço livre tem o potencial de transformar o acesso online para países em desenvolvimento, sistemas de defesa e cidades em todo o mundo.

"A óptica do espaço livre é uma solução que pode nos dar a largura de banda da fibra, mas sem a necessidade de cabeamento físico.

"Este estudo dá passos vitais na jornada rumo à óptica de espaço livre de alta dimensão que pode ser mais barata, alternativa mais acessível para conexões de fibra óptica enterradas. "

A atmosfera turbulenta usada neste experimento destacou a fragilidade das frentes de fase moldadas, particularmente para aqueles que seriam essenciais para transferências de dados de alta largura de banda. Este estudo indicou os desafios que os futuros sistemas ópticos adaptativos terão de resolver.

Dr. Lavery acrescentou:"Com esses novos desenvolvimentos, estamos confiantes de que agora podemos repensar nossas abordagens para modelagem de canais e os requisitos colocados em sistemas óticos adaptativos. Estamos cada vez mais próximos de desenvolver comunicações OAM que podem ser implantadas em um ambiente urbano real.

"Queremos iniciar uma conversa sobre as questões que precisam ser abordadas e como vamos avançar para a resolução."

O Dr. Lavery realizou o trabalho em parceria com pesquisadores do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz e Instituto de Óptica, e as Universidades de Otago, Ottawa e Rochester.

Essas descobertas permitem aos pesquisadores abordar desafios - não observados anteriormente - no desenvolvimento de óptica adaptativa para transferência de informações quânticas para se aproximar de uma nova era de óptica de espaço livre que eventualmente substituirá a fibra óptica como um modo funcional de comunicação em ambientes urbanos e sistemas de sensoriamento remoto .

O papel, intitulado "Propagação no espaço livre de campos ópticos estruturados de alta dimensão em um ambiente urbano, "é publicado em Avanços da Ciência .