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物理学家成功利用弯折光线传播信息 可大大提高传输数据量

       新浪科技新闻 北京时间12月1日,据外国媒体报道,当我们打电话或上网时,每秒通过光纤传播数十亿比特数据。最近的一项实验表明,我们可能会弯曲光波,从而增加传输数据的数量和距离。在这个实验中,物理学家使用弯曲的激光来世界你好(Hello World)消息从一个岛上传到另一个岛上。

物理学家成功利用弯折光线传播信息 可大大提高传输数据量

       研究小组在两个岛屿的天文台之间用绿色激光束传递信息,接收器成功地收到了信号,并分析了研究人员改变了什么角动量。

       弯折的光子

       人类早就用光波通信了。无线电是光的一种形式,激光在光纤中也很常见。我们可以使用光波的振幅(例如AM广播)或频率(如FM传递信息,甚至光波的相位和偏振。

       在此之前,我们只能将信息纳入上述四个属性(也称为自由度),这限制了我们使用光子传输的信息量。维也纳大学由来自世界各地的科学家组成的研究团队希望将信息纳入光波的第五个属性,即光波的角动量,从而大大提高信息传输的距离。他们在加纳利群岛的两个天文台之间实现了大约142公里的数据传输。

       虽然听起来与常识背道而驰,但光确实有角动量。这是因为构成光的光子实际上会弯曲并旋转几次。近年来,科学家们找到了一些增加光子弯曲次数的方法来改变光的角动量。

       增加自由度后,光的波长仍然与原来相同,但通过引入因数n,我们大大增加了传播的信息量。维也纳大学博士生,本研究的主要作者马利奥·克莱恩(Mario Krenn)指出。这里指出n指光波角动量的模数(modes),而且只能是整数。假设传输信息中使用的模数为5,使用10个波长通道,传输的数据量可以达到原10个波长通道传输的5倍。

物理学家成功利用弯折光线传播信息 可大大提高传输数据量

从照片中可以看出,当放大两倍时,光波看起来惊人而复杂

       光的传播

       一般来说,当一束激光击中空白屏幕时,它会显示一个光环。研究人员使用计算机以不同的方式重叠角动量,从而在光波中编入可解释的信息。这样,研究人员就合成了一个可以解释为世界你好的信息。

       然而,可以解释的信息只是实验的一部分。接下来,科学家们还需要将信息传输到其他地方。以前,大多数科学家认为光子不能在大气中传播信息,因为他们认为角动量很容易受到光的折射率的影响,而气压和空气湿度会改变折射率。但他们错了。研究小组在两个岛屿的天文台之间用绿色激光束传输了信息。结果,接收器成功地收到了信号,并分析了研究人员改变了什么角动量。我们对传输距离超过3公里感到惊讶。克莱恩说。

       但科学家们不知道为什么信息能成功传播,可能是因为之前的假设是错误的,空气不会干扰这种传播方式。

       实验取得了圆满的成功,未来将进行更多的研究,并逐步将该技术应用于信息通信。克莱恩指出,实验中使用的发送器和接收器实际上非常简单,最复杂的是信号的处理,但这也可以通过常见的数学手段来解决。

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