Gli scienziati hanno compiuto un passo importante verso l'utilizzo della luce "contorta" come una forma di wireless, trasmissione dati ad alta capacità che potrebbe rendere obsoleta la fibra ottica.

In un nuovo rapporto pubblicato oggi (giovedì 26 ottobre) sulla rivista Progressi scientifici , un team di fisici con sede nel Regno Unito, Germania, La Nuova Zelanda e il Canada descrivono come una nuova ricerca sul "momento angolare ottico" (OAM) potrebbe superare le attuali difficoltà con l'utilizzo della luce contorta negli spazi aperti.

Gli scienziati possono "contorcere" i fotoni - singole particelle di luce - facendoli passare attraverso un tipo speciale di ologramma, simile a quello di una carta di credito, dando ai fotoni una torsione nota come momento angolare ottico.

Mentre le comunicazioni digitali convenzionali utilizzano i fotoni come uno e zero per trasportare informazioni, il numero di torsioni intrecciati nei fotoni consente loro di trasportare dati aggiuntivi, qualcosa di simile all'aggiunta di lettere accanto a quelli e zeri. La capacità dei fotoni attorcigliati di trasportare informazioni aggiuntive significa che il momento angolare ottico ha il potenziale per creare una tecnologia di comunicazione a larghezza di banda molto più elevata.

Mentre le tecniche del momento angolare ottico sono già state utilizzate per trasmettere i dati attraverso i cavi, la trasmissione di luce contorta attraverso gli spazi aperti è stata finora molto più impegnativa per gli scienziati. Anche semplici cambiamenti nelle pressioni atmosferiche attraverso spazi aperti possono disperdere i raggi di luce e causare la perdita delle informazioni di spin.

I ricercatori hanno esaminato gli effetti sia sulla fase che sull'intensità dell'OAM che trasporta la luce su un collegamento reale in un ambiente urbano per valutare la fattibilità di queste modalità di trasferimento di informazioni quantistiche.

Il loro collegamento nello spazio libero, a Erlangen, Germania, era lungo 1,6 km e passava su campi e strade e vicino a grattacieli per simulare con precisione un ambiente urbano e turbolenze atmosferiche che possono interrompere il trasferimento di informazioni nello spazio:un approccio completo che sarà determinante per far progredire la ricerca OAM.

Conducendo questi test sul campo in un vero ambiente urbano, ha rivelato nuove entusiasmanti sfide che devono essere superate prima che i sistemi possano essere resi disponibili in commercio. Precedenti studi avevano indicato il potenziale fattibile dei sistemi di comunicazione OAM, ma non aveva caratterizzato completamente gli effetti dell'aria turbolenta sulla fase della luce strutturata che si propaga su collegamenti di tale lunghezza.

Dott. Martin Lavery, capo del gruppo di ricerca sulla fotonica strutturata presso l'Università di Glasgow, è l'autore principale del documento di ricerca del team. Il dottor Lavery ha dichiarato:"In un'epoca in cui il nostro consumo globale di dati sta crescendo a un ritmo esponenziale, c'è una crescente pressione per scoprire nuovi metodi di trasporto delle informazioni in grado di tenere il passo con l'enorme assorbimento di dati in tutto il mondo.

"Un completo, un sistema di comunicazione a momento angolare ottico funzionante in grado di trasmettere dati in modalità wireless attraverso lo spazio libero ha il potenziale per trasformare l'accesso online per i paesi in via di sviluppo, sistemi di difesa e città in tutto il mondo.

"L'ottica dello spazio libero è una soluzione che potenzialmente può darci la larghezza di banda della fibra, ma senza la necessità di cablaggio fisico.

"Questo studio fa passi avanti vitali nel viaggio verso l'ottica dello spazio libero ad alta dimensionalità che può essere più economica, alternativa più accessibile alle connessioni in fibra ottica interrate."

L'atmosfera turbolenta utilizzata in questo esperimento ha evidenziato la fragilità dei fronti di fase sagomati, in particolare per quelli che sarebbero parte integrante dei trasferimenti di dati a larghezza di banda elevata. Questo studio ha indicato le sfide che i futuri sistemi ottici adattivi dovranno risolvere.

Il Dr. Lavery ha aggiunto:"Con questi nuovi sviluppi, siamo fiduciosi di poter ora ripensare ai nostri approcci alla modellazione dei canali e ai requisiti posti sui sistemi di ottica adattiva. Ci stiamo avvicinando sempre di più allo sviluppo di comunicazioni OAM che possono essere implementate in un vero ambiente urbano.

"Vogliamo iniziare una conversazione sui problemi che devono essere affrontati e su come ci muoveremo verso la risoluzione".

Il dottor Lavery ha intrapreso il lavoro in collaborazione con i ricercatori del Max Planck Institute for the Science of Light e Institute of Optics, e le Università di Otago, Ottawa e Rochester.

Questi risultati consentono ai ricercatori di affrontare le sfide - non osservate in precedenza - nello sviluppo di ottiche adattive per il trasferimento di informazioni quantistiche per avvicinarsi a una nuova era dell'ottica dello spazio libero che alla fine sostituirà le fibre ottiche come modalità di comunicazione funzionale negli ambienti urbani e nei sistemi di telerilevamento .

La carta, intitolato "Propagazione nello spazio libero di campi ottici strutturati ad alta dimensione in un ambiente urbano, " è pubblicato in Progressi scientifici .