Учёные научились передавать данные лазером сквозь атмосферные помехи

Исследователи из Университета Витватерсранда в ЮАР и Университета Бордо во Франции показали новый способ передачи информации с помощью лазера, который устойчив к искажениям, вызванным турбулентностью атмосферы. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science Advances.

В чём суть метода

Учёные закодировали данные не в привычной форме лазерного луча, а в его топологических свойствах — характеристиках, которые сохраняются даже при сильной деформации. Для этого использовали особую оптическую структуру, называемую скирмионом.

Испытания провели на территории кампуса Университета Витватерсранда в Йоханнесбурге. Лазерные лучи передавали между двумя зданиями на расстоянии в несколько сотен метров, где они подвергались естественной атмосферной турбулентности. На приёмной стороне форма луча заметно отличалась от исходной, однако информация, заложенная в его топологии, осталась неповреждённой.

«Небольшие лабораторные эксперименты ранее показывали, что топология может быть надёжным способом передачи данных. Это первый случай, когда мы продемонстрировали такую устойчивость на реальном оптическом канале в естественных атмосферных условиях», — отметил ведущий автор исследования Кейд Питерс.

Чем новый подход лучше существующих

Обычные системы оптической связи в открытом пространстве вынуждены измерять атмосферные искажения и компенсировать их с помощью сложного оборудования и вычислений. Новый метод позволяет восстанавливать информацию без предварительного измерения и коррекции помех. Это потенциально упрощает аппаратуру и снижает вычислительную нагрузку.

Где технология может пригодиться

По мнению исследователей, разработка может найти применение в дальних оптических линиях связи — в том числе между Землёй и спутниками или космическими аппаратами. Учёные также рассматривают её использование в обычных и квантовых системах связи. В перспективе метод способен улучшить качество связи в удалённых и слабо обеспеченных инфраструктурой районах.

Пока речь идёт о потенциальных возможностях. Для практического внедрения потребуются дополнительные испытания и доработка технологии.

Вкратце

Учёные из ЮАР и Франции впервые передали данные лазером через реальную атмосферу, используя топологические свойства света — оптические скирмионы. Несмотря на сильные искажения луча из-за турбулентности, информация сохранилась. Новый подход не требует сложной компенсации помех и в перспективе может применяться в спутниковой, космической и квантовой связи.