Решающий шаг в сторону практического применения закрученного света для передачи информации сделали австрийские физики. Они продемонстрировали передачу данных по воздуху в городских условиях с использованием нескольких мод закрученного света. Результаты эксперимента показывают возможность использования такого способа передачи информации для связи между Землёй и космическими спутниками.
Закрученный свет представляет собой упорядоченный поток фотонов с ненулевым орбитальным угловым моментом, который может принимать значения ±1, ±2 и так далее. У незакрученного луча фотоны обладают нулевым орбитальным угловым моментом, фронт плоский, а фаза в каждом поперечном сечении в определённый момент времени постоянна по всему сечению. У луча закрученного света фронт представляет собой спираль, а значение фазы в любом поперечном сечении зависит от угла. Количество витков спирали равно модулю орбитального углового момента, а его знаком определяется направление закручивания. Каждое значение момента характеризует моду колебаний, которых может быть несколько в одном канале.
Использование нескольких мод позволяет в разы увеличить ёмкость канала. Технология передачи данных с помощью закрученного света развивается очень высокими темпами. В 2011 году физики из Университета Падуи впервые продемонстрировали возможность кодирования нескольких потоков данных в одном физическом канале. В 2012 году научная группа из Университета Южной Калифорнии сообщила о достижении терабитных скоростей передачи информации с помощью закрученного света, а годом спустя ей же удалось добиться пересылки данных на расстояние более 1 км по оптоволокну.
Следующий шаг сделан сотрудниками Института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук. Они смогли решить проблему влияния турбулентности атмосферы на моды колебаний и успешно передать информацию на 3 км непосредственно в черте Вены. Уровень ошибок составил 1,7% при одновременном использовании 16 мод.
Для разделения сигналов, передаваемых по разным модам, австрийские физики использовали некогерентный метод, опирающийся не на определение фазы сигнала, а на картины распределения интенсивности излучения, характерные для различных мод. Распознавание осуществлялось с помощью искусственной нейронной сети.
Пока говорить о терабитных скоростях передачи по воздуху при использовании закрученного света не приходится. Учёные передавали небольшие изображения с глубиной цвета 3 или 4 бита на пиксел (8 или 16 градаций серого), причём каждый бит кодировался своей модой. Алгоритмы коррекции ошибок не применялись, что, впрочем, в рамках данного эксперимента не было критично.
По оценке авторов работы, 3 км городского воздуха соответствуют толщине атмосферы в 6 км при передаче данных по вертикали. Таким образом, атмосферная турбулентность не является принципиальной преградой для передачи данных с помощью закрученного света между поверхностью планеты и орбитальными спутниками.
