Учёные из Университета Витватерсранда (ЮАР) и Университета Бордо (Франция) представили новый метод передачи данных лазерным лучом, устойчивый к искажениям атмосферной турбулентности. В отличие от традиционных систем связи, где применяются сложные алгоритмы адаптивной оптики для компенсации «дрожания» пучка, здесь информация кодируется в топологии света.
В основе технологии лежат световые структуры типа скирмионов — вихреподобные конфигурации электромагнитного поля. Информация записывается не в точной форме светового импульса, а в его топологическом состоянии — свойстве, которое сохраняется при непрерывных деформациях объекта, подобно тому как круг может превращаться в эллипс, оставаясь топологически тем же объектом.
Для проверки метода исследователи передавали лазерные пучки между зданиями кампуса Wits в Йоханнесбурге на расстояние в несколько сотен метров. Луч проходил через естественную атмосферную турбулентность, вызванную неравномерным нагревом воздуха и случайными колебаниями показателя преломления.
Форма принимаемого светового пятна заметно отличалась от исходной, однако закодированная в нём топологическая информация сохранялась полностью. Это доказывает возможность оптической связи без обязательной предварительной коррекции искажений, чем обычно занимается адаптивная оптика.
Атмосферная турбулентность остаётся одной из главных проблем при передаче данных светом через открытое пространство, особенно для высокоскоростных квантовых и оптических каналов. Разработка может лечь в основу более устойчивых систем лазерной связи между наземными станциями, беспилотниками, самолётами и космическими аппаратами.
По мнению исследователей, использование топологических свойств света способно повысить надёжность будущих оптических сетей. Данные в таком случае защищены не от искажений самого луча, а от потери его фундаментальной структуры, что происходит крайне редко.