Учените от Университета „Уитватерсранд“ в ЮАР и Университета в Бордо (Франция) представиха нов метод за предаване на информация чрез лазерен лъч, който запазва данните дори след силно изкривяване, причинено от атмосферна турбулентност. За разлика от традиционните оптични комуникационни системи, при които се налага да се използват сложни алгоритми на адаптивната оптика за компенсиране на „трептенето“ и изкривяването на светлинния лъч, изследователите кодираха данните в топологията на светлината.

В основата на технологията лежи използването на светлинни структури от типа на скирмионите – вихроподобни конфигурации на електромагнитното поле, в които информацията се записва не в точната форма на светлинния импулс, а в неговото топологично състояние.

Топологичните свойства на структурата се запазват при нейните непрекъснати деформации: например, кръгът може да бъде разтегнат до елипса, без да се промени неговата топология. По същия принцип атмосферната турбулентност може силно да изкриви формата на лазерния лъч, но кодираната в него топологична характеристика се запазва и може да бъде прочетена от приемника.

За да проверят метода, изследователите предаваха лазерни лъчи между сградите на кампуса на Университета „Уитватерсранд“ в Йоханесбург на разстояние от няколкостотин метра. Лъчът преминаваше през естествена атмосферна турбулентност, предизвикана от неравномерно загряване на въздуха, въздушни течения и случайни промени в показателя на пречупване. Въпреки че формата на приеманото светлинно петно се различаваше значително от първоначалната, кодираната в него топологична информация се запазваше. По този начин експериментът демонстрира възможността за оптична връзка без задължителна предварителна корекция на изкривяванията, с което обикновено се занимава адаптивната оптика.

Разработката може да послужи като основа за по-устойчиви системи за лазерна връзка между наземни станции, безпилотни летателни апарати, самолети и космически апарати. Атмосферната турбулентност остава един от основните проблеми при предаването на данни чрез светлина в открито пространство, особено за високоскоростни квантови и оптични канали. Изследователите смятат, че използването на топологичните свойства на светлината може да повиши надеждността на бъдещите оптични мрежи, тъй като данните ще бъдат защитени не от изкривявания на самия лъч, а от загуба на неговата фундаментална структура, което на практика не се случва.