ارتباط بین دو جزیره از طریق نور با ارسال پیام 'سلام جهان'

به گزارش کلیک، آزمایشات اخیر نشان می­ دهند این امکان وجود دارد که امواج نور پیچ و تاب خورده، اطلاعات بیشتری را نسبت به قبل جمع ­آوری کنند و سیگنال را در طول یک مسافت امکان ­پذیر بفرستند. در این حالت فیزیکدانان از نور لیزر پیچ و تاب خورده برای فرستادن پیغام "سلام جهان" بین دو جزیره استفاده کردند.

وقتی شما با تلفن صحبت می­ کنید یا از مرورگر اینترنت استفاده می ­کنید، شانس ایجاد این گونه ارتباطات به وسیله انتقال میلیون ­ها بیت در هر ثانیه توسط رشته های فیبر نوری رخ می­ دهد. اما می توان با استفاده از نور نیز پیغام فرستاد. در ادامه روش انجام این کار را بخوانید.

فوتون های در هم تابیده

امواج نور برای ارتباطات در همه­ ی زمان ­ها استفاده می ­شدند. رادیو یک شکل از نور است، و همانند لیزر هایی هستند که در فیبر نوری مشترک هستند. برای ورود و خروج اطلاعات می توان از دامنه موج ( به عنوان مثال در رادیو AM)، فرکانس موج (در رادیو FM) و حتی فاز و پلاریزه (در فیبر نوری همراه با دوتای اولی) استفاده کرد.

این حقیقت که تنها می ­توان از چهار مشخصه، که درجات آزادی نامیده می ­شود، برای رمزگذاری اطلاعات درون یک سیگنال موج نوری استفاده کرد، میزان برقراری ارتباط توسط فوتون را با محدودیت روبرو می ­سازد.

یک تیم بین­ المللی از دانشگاه Vienna تمایل داشتند که بتوانند اطلاعات را درون مشخصه دیگری از یک موج نوری به نام اندازه حرکت زاویه­ های رمزگذاری کنند و آن را به مسافت های به اندازه کافی دور-در اینجا حدود ۸۸ مایل (۱۴۲ کیلومتر) بین دو رصدخانه در جزایر قناری- بفرستند که بتواند مفید واقع شود.

این تصویر رنگی ساختگی از نور لیزر نشان می­ دهد که زمانی که تصویر دو برابر بزرگ می ­شود، موج نوری دارای یک پیچیدگی شگفت ­انگیز است.

برخلاف آنچه به نظر می ­رسد، نور دارای اندازه حرکت زاویه­ای است. این بدان دلیل است که هنگام منتشر شدن، فوتون در واقع پیچ و تاب می­ خورد و تعدادی دوران خاص تولید می ­کند. در سال ­های اخیر فیزیکدانان راه ­هایی را برای افزایش تعداد این پیچ و تاب ­ها و تغییر اندازه حرکت زاویه­ای نور پیدا کردند.

ماریا کرن، دانشجوی دکتری از دانشگاه Vienna و نویسنده یکی از دو مطالعات برجسته پیرامون این موضوع گفته است "زمانی که یک درجه آزادی اضافی ایجاد می­شود، شما می­توانید از یک کانال یکسان استفاده کنید (در این حالت، یک طول موج نور) و میزان اطلاعات را به وسیله فاکتور n افزایش دهید." در این حالت "n" تعداد "مدها" در اندازه حرکت زاویه­ای نور می ­باشد. مدها اعداد صحیح گوناگون از اندازه­گیری ­های اندازه حرکت زاویه ­ای هستند. به عنوان مثال، یک انتقال با پنج مد و ۱۰ کانال، ظرفیت فرستادن پنج برابر اطلاعات بیشتری از ۱۰ کانال اصلی را داراست.

انتقال نور

به طور معمولی اگر در یک آزمایش، فردی نور لیزر برخوردی به یک صفحه سیاه را بنگرد آن را به صورت حلقه می­بیند.

استفاده از یک کامپیوتر برای افزودن اندازه­گیری ­های مربوط به اندازه حرکت زاویه­ ای روی سیگنال نوری الگو های متمایزی ایجاد می­ کند که می ­تواند رمزگشایی شود. محققان از این روش استفاده کردند تا بتوانند یک الگوی نوری ایجاد کنند و نتیجه آن پیغام "سلام جهان" است.

ولی رمزگذاری اطلاعات بخشی از آزمایش است. گام بعدی فرستادن اطلاعات به برخی مسافت های دور است. کرن گفت: پیش از این، اغلب افراد در رشته فوتونیک تصور نمی ­کردند که یک پیغام بتواند از میان اتمسفر به خوبی منتقل شود. این بدان دلیل است که آن­ها تصور می­ کردند، اندازه حرکت زاویه­ای به ضریب شکست نور حساس است و با فشار هوا یا رطوبت تغییر می ­کند.

تصور آن ­ها اشتباه بود. وقتی که گروهی پرتو نور لیزر سبز را بین دو رصدخانه در جزایر La Palma و Tenerifeروشن کردند، گیرنده هنوز می ­توانست سیگنال را بگیرد و تغییرات در اندازه حرکت زاویه­ای که توسط گروه به نور پیچ و تاب خورده فرستاده شده بود را کشف کند. کرن گفت: "ما واقعا متعجب شدیم که به مسافت ­های بیشتر از ۳ کیلومتر رسیدیم."

با این موفقیت، راهی برای رسیدن به کار های بعدی که بتواند سرانجام در ارتباطات مورد استفاده قرار بگیرد، باز شد. کرن گفت: فرستنده و گیرنده نسبتا ساده و فی البداهه هستند. محاسبات سنگینی برای پردازش سیگنال انجام می ­شود، همچنین تکنیک­ های ریاضی مورد استفاده کهنه و پیش پا افتاده هستند. کرن گفت: ما خواهان آن هستیم که پیچیدگی ­ها را کاهش دهیم.