لنقل المعلومات بالضوء، يمكن تشفيرها بطرق مختلفة – اللون والسطوع والاستقطاب. ولكن بغض النظر عن ذلك، فإن جودة الاتصال تعتمد بشكل كبير على البيئة – فالهواء الطلق، على عكس الألياف الضوئية، يتميز بالاضطراب الناجم عن التغيرات في درجة الحرارة والضغط.
اتخذ الفيزيائيون في جامعة ويتواترسراند نهجًا مختلفًا: فهم يقومون بترميز البيانات في الطوبولوجيا، وهو مفهوم رياضي يصف الخصائص التي تستمر حتى عندما يتم تمديد الجسم أو تشويهه.
يوضح البروفيسور أندرو فوربس، رئيس مختبر الضوء المنظم في ويتس: “لشرح فوائد هذا النهج، يمكننا استخدام تشبيه كوب القهوة الذي يمكن تحويله إلى خبز. على الرغم من اختلاف الأشكال تمامًا، فإن كلا الجسمين لهما نفس الفتحة. يمكنك تمديدهما أو تشويههما، لكن هذه الخاصية الأساسية ستبقى دون تغيير. وبالمثل، يمكن أن يكون شعاع الضوء مشوهًا للغاية، ولكن سيتم الحفاظ على معلوماته الطوبولوجية”.
قام الباحثون بتشفير البيانات في شكل سكيرميونز – وهي أنماط ضوئية يلتف فيها اتجاه الاستقطاب بسلاسة حول المركز، ويظل عدد الالتواءات كما هو، بغض النظر عن التشوهات في الغلاف الجوي. مرروا خريطة جنوب أفريقيا بين مبنيين جامعيين على مسافة 270 مترًا.
تم إجراء التجارب طوال اليوم. في معظم الأحيان، وصلت دقة نقل البيانات إلى 98-99%؛ وفي فترة ما بعد الظهر، عندما أصبح الهواء دافئًا ومضطربًا بشكل خاص، انخفض المعدل إلى 87%.
يقول المؤلف الرئيسي كيد بيترز: “لقد أظهرت التجارب المعملية الصغيرة السابقة أن الطوبولوجيا يمكن أن تكون وسيلة موثوقة لنقل البيانات. وهذه هي المرة الأولى التي نثبت فيها هذا الاستقرار في رابط بصري حقيقي وظروف جوية حقيقية”.
غالبًا ما يتعين على أنظمة الاتصالات البصرية الحرة التقليدية قياس التشوهات الجوية ومن ثم تعويضها باستخدام معدات متخصصة وحسابات معقدة. يلغي النهج الجديد الحاجة إلى التركيز المسبق والبصريات المعقدة.
“لقد أظهرنا أن الطوبولوجيا هي مورد غير مستغل إلى حد كبير ويمكن أن يشكل الأساس للجيل القادم من الاتصالات البصرية”، يؤكد المهندس الكهربائي ميتشل كوكس من مختبر ويتس البصري.
كما قام الباحثون بدراسة تطبيق منهجهم في كل من الكلاسيكية و التواصل الكمي – حيث تكون سلامة المعلومات ذات أهمية خاصة.
اشترك واقرأ “العلم” في
الأعلى
