Vórtices de luz multiplicam por 13 capacidade de transmissão de dados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/12/2024

O feixe de vórtice poderá transportar grandes quantidades de informações, tornando-o ideal para sistemas de comunicação de alta densidade de dados.
[Imagem: Zhipeng Yu et al. - 10.1186/s43593-024-00077-3]

Feixes de vórtice

Uma tecnologia óptica - baseada em luz - inovadora promete aumentar drasticamente a capacidade e a segurança da transmissão de dados.

A técnica consiste no que os pesquisadores chamam de "feixes de vórtice de vetor perfeito com supercapacidade" - são feixes de luz projetados para apresentarem características espaciais e de polarização complicadas, mas que lhes dão capacidade de transportar grandes quantidades de dados.

A solução é ideal para situações em que os sistemas de comunicação precisam lidar com volumes muito grandes de dados, como nas centrais de dados, nos supercomputadores, na distribuição dos sinais de internet ou mesmo no interior dos processadores fotônicos.

De modo nada surpreendente, a proposta se baseia em uma metassuperfície, materiais planos artificiais, compostos por nanoestruturas que podem focalizar, desviar, torcer e até dobrar a luz, de maneiras que não são possíveis com a óptica tradicional.

O que Zhipeng Yu e colegas da Universidade de Tsinghua, na China, conseguiram fazer foi projetar uma metassuperfície formada por nanoantenas que manipulam os feixes de luz para gerar vórtices complexos, o que dá vários graus de liberdade para adicionar dados, desta forma permitindo que muitos mais dados viajem simultaneamente no mesmo feixe.

Uma única metassuperfície geométrica é usada para formar os feixes de vórtice com capacidade de modulação multidimensional para criptografia óptica, permitindo controle preciso sobre a morfologia do feixe, azimute de polarização e ângulos de elipticidade (painel esquerdo). À direita, comparação desta nova tecnologia (estrela) com as demonstradas até agora.
[Imagem: Zhipeng Yu et al. - 10.1186/s43593-024-00077-3]

Remendando a luz

Os feixes ópticos convencionais, como os que trafegam pelas fibras ópticas, têm suas limitações em termos de capacidade de carregar dados devido ao modo como a luz é modulada, conhecido como modulação de fase global.

Esta nova tecnologia, que faz a luz girar como um redemoinho, supera essas restrições ao colocar espécies de "remendos", alterando a frequência espacial da luz localmente, o que permite criar vários canais de dados, cada um dos quais pode armazenar e transmitir informações de forma independente.

Esta nova abordagem permite um controle preciso sobre a estrutura e a polarização do feixe de luz, permitindo criar pelo menos 13 canais de dados distintos em cada feixe. Isso pode levar a sistemas de comunicação óptica ultrasseguros e de alta capacidade.

Entenda como os vórtices de luz levam muito mais informações - por fibra óptica ou chip.
[Imagem: Xinglin Zeng et al. - 10.1126/sciadv.abq6064]

Da teoria à prática

Uma das principais inovações viabilizadas pela manipulação da luz por meio da metassuperfície está na capacidade de controlar a intensidade espacial e a polarização desses feixes em uma escala local, permitindo que as informações sejam incorporadas em três dimensões do feixe de luz.

As aplicações potenciais desta tecnologia vão além da transmissão de dados, com implicações para criptografia óptica, comunicações seguras e até mesmo manipulação de partículas.

Com uma capacidade para lidar com grandes volumes de dados e, ao mesmo tempo, garantir sua segurança, os vórtices de luz representam um avanço significativo na tecnologia de informação óptica.

Com o projeto pronto, falta agora fabricar um primeiro protótipo e, a partir dele, ajustar o projeto e o processo de fabricação das nanoantenas que compõem a metassuperfície para que os dispositivos práticos possam se aproximar dos ganhos previstos pela equipe.

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