Kwantowe zjawisko Halla i nieograniczona prędkość transmisji danych

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley znaleźli sposób na wykorzystanie właściwości fal świetlnych, aby radykalnie zwiększyć prędkość przesyłania danych. Zademonstrowali emisję skręconych wiązek laserowych za pomocą anten składających się z koncentrycznych elementów o średnicy ludzkiego włosa. Wystarczająco małych, aby można je było umieścić na układach scalonych. Podstawą rozwiązania jest kwantowe zjawisko Halla, które wbrew panującej opinii, ma też zastosowanie w optyce, a nie tylko w elektronice.

Badanie, które pojawiło się w czwartek w czasopiśmie Nature Physics, opisuje sposób multipleksowania informacji przesyłanych przez koherentne źródło światła. Można to porównać do przesyłania wielu rozmów telefonicznych za pośrednictwem jednego przewodu, co dziś wykorzystywane jest praktycznie w całej telekomunikacji. Problem w tym, że do dziś nie potrafiliśmy pokonać ograniczeń, które dotyczyły fal świetlnych. Nie dało się więc zwielokrotnić ich liczby powyżej pewnego limitu. To z kolei ograniczało ilość przesyłanych informacji.

Schemat emisji koherentnego światła OAM – źródło Kanté Group, UC Berkeley EECS

„To pierwszy raz, gdy skręcone światło produkowane przez lasery udało się multipleksować. Doświadczamy erupcji ilości danych w naszym świecie, a kanały komunikacyjne, które mamy teraz, wkrótce osiągną limit swoich możliwości. Technologia, którą opracowaliśmy, pokonuje obecne ograniczenia dzięki właściwości fal świetlnych zwanej orbitalnym momentem pędu światła (OAM – Orbital Angular Momentum of light) – mówi Boubacar Kanté, z wydziału Inżynierii Elektrycznej i Informatyki UC Berkeley.

Kwantowe zjawisko Halla i wiry świetlne

„Wir świetlny, z jego nieskończonymi stopniami swobody w zasadzie może przesyłać nieograniczoną ilość danych. Wyzwaniem było znalezienie sposobu na niezawodne wytwarzanie nieskończonej liczby strumieni OAM. Ludzie myśleli, że kwantowe zjawisko Halla może mieć zastosowanie w elektronice, ale nie w optyce ze względu na słaby magnetyzm materiałów na częstotliwościach optycznych. Jako pierwsi wykazaliśmy, że można je zastosować i dla światła” – mówi Kanté.

Stosując pole magnetyczne prostopadle do dwuwymiarowej mikrostruktury, naukowcy z powodzeniem wygenerowali trzy wiązki laserowe OAM poruszające się po kolistych orbitach nad powierzchnią. Badania wykazały, że wiązki laserowe miały liczby kwantowe dochodzące do 276 (liczba skrętów światła wokół swojej osi w fali o jednej długości).

„Większa liczba kwantowa jest jak większa liczba liter do wykorzystania w alfabecie. Pozwalamy światłu na poszerzenie słownictwa. W naszym badaniu wykazaliśmy tę zdolność w zakresie długości fal telekomunikacyjnych, ale w zasadzie można ją dostosować do innych pasm częstotliwości. Stworzyliśmy tylko trzy wiązki, więc zwiększyliśmy przepustowość trzykrotnie, ale nie ma ograniczeń w ich liczbie. To teoretycznie oznacza nieograniczoną pojemność takiego medium” – powiedział Kanté.

Źródło: Nature Physics

Dodaj komentarz