Интернет научился не искажаться

Учёные приблизили беспроводной интернет к неприятной для кабельных операторов реальности: лазерный луч научились передавать через воздух так, чтобы данные почти не страдали от жары, ветра и атмосферных возмущений.

Эксперимент провели исследователи из Университета Витватерсранда (Wits University) в Южной Африке и Университета Бордо во Франции. Они направили луч света на расстояние в несколько сотен метров. В луч заранее закодировали оптические данные, а затем проверили, насколько точно информация восстановилась в точке приёма.

В обычной передаче через открытое пространство проблема выглядит прозаично: воздух постоянно меняется. Турбулентность, нагрев и шум могут исказить световой сигнал, из-за чего приёмнику приходится буквально собирать сообщение по кусочкам. Поэтому такие системы требуют непрерывного контроля и коррекции в реальном времени.

В новом подходе данные закодировали не просто в яркости или частоте света, а в его топологическом профиле — устойчивой структуре, связанной с магнитными «скирмионами». Это особые вихревые конфигурации, которые исследователи использовали как своеобразный защитный слой для информации. В результате внешние воздействия могли менять форму светового поля, но не разрушали сам закодированный смысл.

Профессор Эндрю Форбс, руководитель лаборатории структурированного света в физической школе Wits University, объяснил принцип аналогией с бубликом и кружкой. У них разная форма, но есть общее неизменное свойство — одно круглое отверстие. Если растягивать или деформировать предмет, это свойство сохраняется. Похожим образом свет может искажаться из-за жары и шума, не превращая передаваемые данные в бессмысленный набор символов.

В наиболее благоприятных условиях точность передачи превысила 98%. Даже при самых сильных воздействиях, которые проверяли в эксперименте, она составила 86%. Важно и то, что испытание прошло не в лабораторной игрушечной дистанции: сигнал преодолел сотни метров при наличии ветра, нагрева и других помех.

Если технологию удастся масштабировать, открытая лазерная связь станет дешевле и проще. Ей не потребуется постоянная столь интенсивная коррекция искажений, а значит, уменьшатся вычислительные и инфраструктурные затраты.

Особенно полезным такой подход может оказаться в космических миссиях: проложить оптоволоконный кабель между космическими аппаратами, как ни странно, пока не получается. Перспективными сферами также называют высокоскоростную спутниковую связь и квантовые вычисления.

На Земле технология способна дополнить или частично заменить дорогое строительство оптоволоконных сетей. Например, интернет можно будет передавать по воздуху в удалённые районы, где прокладка кабеля слишком затратна. Разумеется, эксперимент ещё не означает готовый коммерческий сервис: предстоит проверить устойчивость метода на больших расстояниях, в разных погодных условиях и при реальных объёмах трафика.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Science Advances, считают, что использование неизменных топологических свойств света может привести к быстрой, надёжной и эффективной передаче информации даже через искажающую среду.