Специалисты из Университета Витватерсранда (Wits, ЮАР) и Университета Бордо (Франция) показалиразработали инновационный метод передачи данных посредством лазерного луча, обеспечивающего сохранность информации даже при существенных искажениях, вызванных атмосферной турбулентностью. В отличие от классических оптических систем коммуникации, требующих применения сложных алгоритмов для коррекции деформаций светового пучка, исследователи использовали кодирование данных в топологических характеристиках света.
Ключевым элементом технологии является применение световых структур типа скирмионов— конфигураций электромагнитного поля, напоминающих вихри, где информация фиксируется не в форме самого светового импульса, а в его топологическом состоянии. Топологические свойства структурыТопологические свойства сохраняются даже при значительных деформациях: например, круг можно преобразовать в эллипс без изменения своей топологии. Аналогичным образом, атмосферная турбулентность может существенно исказить форму лазерного пучка, однако закодированная в нём топологическая характеристика остаётся неизменной и доступна для приёма.
В ходе экспериментальной проверки метода исследователи осуществляли передачу лазерных лучей между зданиями кампуса Wits в Йоханнесбурге на дистанцию нескольких сотен метров. При этом луч проходил через естественную атмосферную турбулентность, обусловленную неравномерным нагревом воздуха, воздушными потоками и случайными изменениями показателя преломления. Несмотря на заметное отличие формы принимаемого светового пятна от исходной, закодированная топологическая информация была сохранена. Таким образом, эксперимент подтвердил возможность оптической связи без необходимости предварительной коррекции искажений, что обычно требует применения адаптивной оптики.
Предлагаемая технология может послужить основой для создания более надёжных систем лазерной связи между наземными станциями, беспилотными летательными аппаратами, самолётами и космическими кораблями. Атмосферная турбулентность по-прежнему представляет собой серьёзное препятствие при передаче данных с помощью света через открытое пространство, особенно для высокоскоростных квантовых и оптических каналов связи. Исследователи полагают, что использование топологических свойств света позволит повысить надёжность перспективных оптических сетей, поскольку данные будут защищены не от искажений самого луча, а от потери его базовой структуры, вероятность чего крайне мала.
