Nella tecnologia dell'informazione, gli schemi di multiplexing vengono utilizzati per trasmettere più segnali rispetto al numero di canali di trasmissione disponibili. I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno inventato un nuovo metodo in base al quale le informazioni vengono codificate nel rumore correlato tra onde luminose spazialmente separate.

Per inviare più informazioni possibili da A a B contemporaneamente, scienziati e ingegneri hanno sviluppato tecniche sempre più sofisticate negli ultimi decenni. Quelle tecniche, generalmente noto come multiplexing, consentono di trasmettere più segnali rispetto al numero di canali di trasmissione disponibili. Un tipico esempio di ciò è la trasmissione radiofonica su frequenze diverse. Gli scienziati dell'ETH di Zurigo hanno ora inventato una nuova tecnica di multiplexing basata sul rumore, qualcosa che in genere si cerca di evitare.

Correlazioni nella doppia fenditura

Shawn Divitt, che ha avviato lo sviluppo della nuova tecnologia due anni fa quando lavorava come dottore di ricerca. studente nel gruppo di ricerca del professor Lukas Novotny, aveva quasi finito la sua tesi quando gli venne un'idea. In un esperimento sulla doppia fenditura – un classico nella storia della fisica – aveva studiato come si creano le correlazioni tra le onde luminose nelle due fenditure e come influenzano il pattern di interferenza.

Le correlazioni indicano quanto bene si può prevedere, ad esempio, la fase oscillatoria di un'onda luminosa se si conosce la fase dell'altra onda. Anche se entrambe le fasi sono "rumorose, " nel senso che i loro valori fluttuano, possono ancora farlo in modo più o meno sincronizzato. Se le correlazioni sono forti, un modello di interferenza chiaramente visibile appare su uno schermo dietro le fenditure in un esperimento a doppia fenditura. Correlazioni deboli, d'altra parte, far sì che il modello di interferenza venga sbiadito o scompaia completamente.

"L'idea era di generalizzare quel principio e di usarlo per codificare le informazioni, " spiega Divitt. A tal fine, ha calcolato le correlazioni tra diverse onde luminose spazialmente separate, quale può, ad esempio, essere trasmesso attraverso una fibra ottica. "La cosa interessante è che esistono correlazioni tra coppie di onde luminose, il che significa che il numero di tali correlazioni non aumenta linearmente con il numero di onde luminose, ma grosso modo quadratico, "dice Divit.

In linea di principio, perciò, dovrebbe essere possibile trasmettere sei bit di informazioni utilizzando quattro onde luminose, 28 bit utilizzando otto onde luminose, e così via. Il valore "1" di un bit può quindi essere rappresentato da una correlazione positiva (rumore sincronizzato), e il valore "0" da una correlazione negativa.

Esperimento telecomandato

Sulla carta questo tipo di "codifica di correlazione" funzionava perfettamente. Assicurarsi, però, che si potrebbe realizzare anche nella pratica, Divitt voleva anche testare in un esperimento. C'era un problema, però:Divitt è un cittadino statunitense, e il suo visto è scaduto verso la fine del suo dottorato. Così, ha adottato un approccio piuttosto insolito. Prima di tornare negli Stati Uniti ha allestito un esperimento nel laboratorio di Novotny in cui viene simulata la codifica delle informazioni in un fascio di fibre ottiche utilizzando un cosiddetto modulatore di luce spaziale. Le correlazioni tra le onde luminose vengono manipolate e successivamente lette con l'aiuto di uno schema di interferenza. Tornato negli Stati Uniti, Divitt ha iniziato l'esperimento con il controllo remoto dal suo computer. Intanto, i colleghi di Zurigo si sono assicurati che l'apparato sperimentale fosse sempre in buone condizioni.

Dopo, Divitt ha analizzato i risultati nel suo "ufficio a casa" e ha scoperto che il suo metodo funzionava davvero. Lui e il suo dottorato di ricerca advisor hanno da allora presentato una domanda di brevetto per esso. "Certo, fare ricerche del genere è alquanto insolito, " Commenta Novotny. "Inoltre, è stato possibile solo perché l'ETH offre alle persone la libertà necessaria per testare idee selvagge di tanto in tanto - se necessario, anche da lontano».

Possibili vantaggi in termini di sicurezza

Divitt e Novotny sperano che, da una parte, il loro metodo sarà in grado di aumentare ulteriormente la capacità dati dei cavi in ​​fibra ottica. Poiché il loro metodo non richiede luce laser coerente, dovrebbe anche essere più economico delle tecnologie convenzionali. D'altra parte, la codifica di correlazione potrebbe anche contribuire alla sicurezza dei dati. Poiché le oscillazioni delle onde luminose non possono essere registrate in "tempo reale" a causa della loro alta frequenza, un eventuale intercettatore dovrebbe deviare una parte considerevole della potenza ottica per ottenere un pattern di interferenza e quindi intercettare l'informazione. Quella, a sua volta, sarebbe stato notato immediatamente, che esporrebbe l'intercettatore.

Novotny intende ottenere un nuovo dottorato di ricerca. studente a bordo e per approfondire i pro ei contro, nonché le possibili applicazioni della codifica di correlazione. Da adesso, Divitt vive a Washington, DC, zona con la sua famiglia di cinque persone, dove lavora come fisico ricercatore. Ha bei ricordi del suo periodo a Zurigo e del suo esperimento telecomandato. Da giovane dottore di ricerca studente ha acquisito l'etica del lavoro necessaria per realizzare un progetto del genere. "Quando ho iniziato all'ETH, abbiamo già avuto il nostro primo figlio, quindi dovevo essere ben organizzato fin dall'inizio, "dice Divit.