В современной компьютерной деятельности многое зависит от кодирования информации в средствах ее доставки. Распространенным методом является кодирование данных с помощью лазерного излучения и передача их по оптическим кабелям. Растущий спрос на больший объем информации требует, чтобы постоянно искались более совершенные способы ее кодирования.

В этих условиях повышенного спроса на передачу кодированных данных во всем мире, команда исследователей с факультета прикладной физики Университета Аалто в Финляндии сообщает о найденном ими решении, которое может стать революционным. Они нашли новый способ создания крошечных световых ураганов, известных ученым как вихри, которые могут переносить информацию. Метод основан на манипулировании металлическими наночастицами, которые взаимодействуют с электрическим полем.

Как следует из результатов исследований этих ученых, им удалось разработать инновационный метод ускорения передачи данных по оптоволоконному кабелю, обещающий пропускную способность в шестнадцати раз выше, чем у современных методов. Метод проектирования, относящийся к классу геометрий, известных как квазикристаллы, был разработан докторантом-исследователем Кристианом Арьясом и экспериментально реализован докторантом-исследователем Яни Таскиненом из группы квантовой динамики профессора Пяйви Терма. Согласно сообщению ученых, это открытие представляет собой фундаментальный шаг вперед в физике и открывает возможности для совершенно новых способов передачи информации.

Суть этого технологического прорыва заключается в создании вихрей света, небольших спиралей световой энергии, которые могут нести большое количество информации. Эти вихри имеют темный спокойный центр, окруженный ярким кольцом. Это явление является результатом разнонаправленной ориентации электрического поля света вокруг центра, образующей отчетливый узор, который может эффективно передавать данные.

Сообщается, что ключевое новшество команды из Университета Аалто основано на использовании квазикристаллов - структур, которые, хотя и упорядочены, никогда не повторяют в точности одну и ту же конфигурацию. Эта уникальная особенность, по заявлениям ученых, открывает большие возможности для кодирования информации. В данном случае вихрь подобен урагану, возникающему в луче света, где спокойный и темный центр окружен кольцом яркого света. Точно так же, как эпицентр урагана спокоен из-за того, что ветры вокруг него дуют в разных направлениях, эпицентр вихря темен из-за электрического поля яркого света, направленного в разные стороны луча. Например, если  наноразмерные частицы расположены квадратами, то излучаемый свет имеет одиночный вихрь; шестиугольники образуют двойной вихрь и так далее. Более сложные вихри требуют, по крайней мере, восьмиугольной формы. 

Теперь команда ученых разработала метод создания геометрических форм, которые теоретически поддерживают любой вид вихря. Манипулируя металлическими наночастицами с помощью электрического поля, исследователям удалось создать квазикристаллы, которые могут генерировать сложные световые вихри, а это означает, что технология может кодировать больше информации в каждом блоке света, передаваемом по оптическому волокну. Разнообразные геометрические формы в основании вихрей, от простого квадрата до восьмиугольника, позволяют разнообразить типы передаваемых данных и максимизировать эффективность каждой передачи.

В эксперименте, проведенном командой из Университета Аалто, была применена особенно инновационная методика для упорядочивания 100 000 металлических наночастиц. Эти частицы были размещены не случайным образом, а были стратегически расположены в областях слабого взаимодействия электрического поля, что обеспечивает большую точность при создании желаемых вихрей. Этот метод, хотя и противоречащий интуиции, оказался чрезвычайно эффективным в создании оптимальных характеристик электрического поля.

Как указывается, последствия этой технологии огромны, особенно в секторах, которые в значительной степени зависят от светового кодирования, в частности таких, как телекоммуникация. Первоначальные испытания показывают, что такой подход может увеличить пропускную способность современных оптоволоконных кабелей в десять или даже в шестнадцать раз, что может изменить стандарты отрасли связи.

Результаты этих исследований опубликованы в научном журнале Nature Communications.