Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Witwatersrand em Joanesburgo, África do Sul, com colaboradores da Universidade de Pretória (África do Sul), além do México e da Escócia, fez uma nova descoberta sobre como a luz se comporta em meios complexos, meios de comunicação que tende a distorcer a luz significativamente. Eles demonstraram que "distorção" é uma questão de perspectiva, delineando uma regra simples que se aplica a toda luz e a uma vasta gama de meios, incluindo subaquático, fibra óptica, transmissão na atmosfera e até mesmo através de amostras biológicas vivas.
Sua nova abordagem quântica para o problema resolve um debate permanente sobre se algumas formas de luz são robustas ou não, corrigindo alguns equívocos na comunidade. É importante ressaltar que o trabalho destaca que toda luz tem uma propriedade que permanece inalterada, um insight que contém a chave para desvendar o restante da distorção percebida. Para validar a descoberta, a equipe mostrou um transporte robusto através de sistemas altamente distorcidos, usando o resultado para uma comunicação livre de erros por meio de canais ruidosos.

Fotônica da Natureza publicou hoje online a pesquisa da equipe liderada pelo professor Andrew Forbes da Escola de Física da Universidade Wits. Em seu artigo, a equipe explica as regras simples que governam a propagação complexa da luz em meios complexos. Em primeiro lugar, eles descobrem que todos esses meios podem ser tratados da mesma maneira, e que a análise não depende do tipo de luz utilizada. Anteriormente, cada escolha de mídia e feixe de luz era tratada como um caso especial, não mais – a nova teoria geral cobre tudo. Em segundo lugar, eles mostram que, apesar da distorção, há uma propriedade da luz - sua "vetoridade" - que permanece inalterada, invariável à mídia. Isso é sempre verdade e não havia sido notado antes. Ele detém a chave de exploração da luz mesmo sob condições não ideais.

Se você passar a luz através de um meio imperfeito, como a atmosfera, ela ficará distorcida. Por exemplo, o efeito de miragem cintilante perto de estradas quentes ou o cintilar de estrelas são exemplos de luz que se torna distorcida, devido à turbulência da atmosfera. A luz também pode às vezes ser deliberadamente distorcida, como os espelhos em uma feira de diversões que fazem você parecer mais alto, mais magro ou mais redondo. Nesse caso, todos entendemos que a distorção é apenas uma questão de perspectiva – uma rápida olhada em nós mesmos sem o espelho revela a realidade – mas isso também é verdade em outros sistemas distorcidos? Existe uma maneira de olhar para a luz para que a distorção desapareça? A equipe liderada pela Wits mostra que sim, algumas propriedades nunca são distorcidas, enquanto outras podem ser desvendadas por uma mudança de perspectiva.

A questão é como entender o que acontece com a luz, como ela é distorcida e como encontrar a nova perspectiva? Para responder a essas perguntas, a equipe usou a forma mais geral de luz possível, a luz vetorial. A luz tem um campo elétrico cuja direção pode variar ao longo do campo, às vezes aponta para cima, para baixo, para a esquerda, para a direita e assim por diante. A "vetoridade" de uma luz é o quão confusa é a direção do campo elétrico de uma luz. Em outras palavras, é uma medida de quão semelhantes são as direções dos campos elétricos de uma luz em lugares diferentes:se for o mesmo em todos os lugares (homogêneo), o valor é 0, e se for diferente em todos os lugares (não homogêneo) o valor é 1. Essa homogeneidade vetorial nunca muda, mesmo que o próprio padrão do campo elétrico mude. A razão está embutida em estados quânticos emaranhados, um tópico que parece ter pouco em comum com distorções ópticas. A nova descoberta foi possível aplicando ferramentas do mundo quântico ao mundo das distorções ópticas.

"O que descobrimos é que a vetoridade é o único atributo da luz que não se altera ao passar por qualquer meio complexo", diz o professor Andrew Forbes, da Wits School of Physics. “Isso significa que temos algo especial que pode ser explorado ao usar a luz para comunicações ou sensores”.

"Este é um aspecto particular do padrão da luz - como o padrão de polarização se parece", diz Forbes. "A 'polarização' é apenas uma maneira elegante de descrever a direção do campo elétrico que compõe a luz. O padrão também é distorcido, mas sua natureza intrínseca (de homogêneo ou não homogêneo) não é."

A abordagem da equipe permite que os pesquisadores identifiquem como corrigir quaisquer distorções através da mídia de uma forma que não custe luz. Em outras palavras, não há perda.

"Mostramos que mesmo que a luz seja muito distorcida, a distorção é apenas uma questão de perspectiva. Pode-se ver a luz de tal forma que ela recupere suas propriedades originais 'não distorcidas'. ser universalmente compreendido a partir de regras muito simples”.

Por exemplo, apenas mudando a forma como uma medição é feita, qualquer comunicação através de uma mídia muito distorcida pode se tornar "livre de distorção". A equipe mostrou que isso era verdade experimentalmente por meio de uma variedade de sistemas, de turbulência a líquido ou fibra óptica. + Explorar mais

A armadilha perfeita:uma nova maneira de controlar a polarização da luz