Dotychczas rozwiązaniem były skomplikowane systemy optyki adaptacyjnej i kosztowne obliczenia korygujące obraz. Naukowcy z Wits University w Republice Południowej Afryki oraz University of Bordeaux pokazali jednak, że można podejść do problemu zupełnie inaczej. Zamiast walczyć ze zniekształceniami, wykorzystali właściwość światła, która pozostaje odporna na ich działanie, czyli topologię.
Światło z "niewidzialnym pancerzem"
Topologia zajmuje się właściwościami obiektów, które nie zmieniają się mimo ich rozciągania czy deformowania. Dobrym przykładem jest kubek, który można teoretycznie przekształcić w kształt obwarzanka. Choć oba przedmioty wyglądają zupełnie inaczej, łączy je jedna fundamentalna cecha - mają pojedynczy otwór.
Naukowcy wykorzystali podobną zasadę w komunikacji optycznej. Informacje zostały zakodowane nie w zwykłej jasności czy kolorze światła, lecz w jego topologicznej strukturze, wykorzystując egzotyczne, przypominające cząstki struktury magnetyczne zwane skyrmionami. Eksperyment przeprowadzono w rzeczywistych warunkach, przesyłając laser pomiędzy dwoma budynkami kampusu Wits w Johannesburgu. Wiązka pokonała dystans 270 metrów, mierząc się po drodze z wiatrem, różnicami temperatur i turbulencjami.
Wiązka została zniekształcona, ale dane przetrwały
Po dotarciu do odbiornika kształt wiązki był mocno zdeformowany. Mimo tego zakodowana w niej informacja pozostała nienaruszona. W większości testowanych warunków udało się osiągnąć ponad 98-procentową wierność transmisji. Nawet przy ekstremalnych turbulencjach wynik wyniósł około 86 proc. To istotna zmiana podejścia, bo zamiast mierzyć zniekształcenia i w czasie rzeczywistym korygować sygnał, odbiornik może odczytać informację bezpośrednio z zachowanej struktury topologicznej.
Jeśli technologia okaże się możliwa do zastosowania na większą skalę, może ograniczyć zapotrzebowanie na energochłonne systemy korekcji oraz moc obliczeniową potrzebną do oczyszczania sygnału. Otwiera to drogę do szybszych i tańszych połączeń optycznych w otwartej przestrzeni.
Potencjalnych zastosowań jest znacznie więcej. Technologia może znaleźć zastosowanie w szybkiej komunikacji satelitarnej, misjach kosmicznych czy systemach wykorzystujących kryptografię kwantową. Na Ziemi mogłaby natomiast pomóc w dostarczaniu szybkiego internetu do odległych miejsc bez konieczności budowania kosztownych sieci światłowodowych.
