Quando você faz um telefonema ou navega na internet, é provável que boa parte dessa comunicação aconteça por meio de fibra óptica que transmite bilhões de bits a cada segundo.
Uma experiência recente liderada por pesquisadores da Universidade de Viena, na Áustria, mostrou que pode ser possível “torcer” ondas de luz, inserindo mais informações do que nunca nas fibras óticas e enviando o sinal a uma distância prática.
Neste caso, os físicos usaram luz de laser torcida para enviar a mensagem “Hello World” (em português, “Olá Mundo”) entre duas ilhas.
Os resultados foram publicados em dois estudos na edição de 15 de novembro da revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Luz e momento angular
Ondas de luz são usadas em comunicações o tempo todo. O rádio é uma forma de luz, assim como os lasers que são comuns na fibra óptica.
Para enviar informações, pode-se usar a amplitude da onda (como no rádio AM), a frequência da onda (como no rádio FM) e até mesmo a fase e a polarização da onda (usada em fibra óptica, juntamente com os dois primeiros).
O fato de que se pode usar apenas quatro características, os chamados graus de liberdade, para codificar informações em uma única onda de luz limita quanta informação pode ser comunicada através de um fóton.
A equipe internacional de pesquisadores queria ver se podia codificar informações usando outra característica, o momento angular, de uma onda de luz, enviando-as através de uma distância suficiente para ser útil – neste caso, cerca de 142 quilômetros entre dois observatórios nas Ilhas Canárias.
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Por mais estranho que pareça, a luz tem momento angular. Isso ocorre porque, conforme o fóton se propaga, ele se “torce” algumas vezes. Nos últimos anos, os físicos encontraram maneiras de aumentar o número dessas torções, alterando o momento angular da luz.
“Quando trazemos um grau adicional de liberdade, podemos usar o mesmo canal [neste caso, um comprimento de onda de luz] e aumentar a quantidade de informação por um fator de n”, explicou Mario Krenn, estudante de doutorado na Universidade de Viena e principal autor de um dos dois estudos que delineiam os resultados, ao portal Live Science.
Neste caso, “n” é o número de “modos” no momento angular da luz. Os modos são múltiplos inteiros de medidas de momento angular. Uma transmissão com cinco modos, por exemplo, e dez canais, teria a capacidade de enviar – com a nova tecnologia – cinco vezes mais informações do que os dez canais originais.
Dificuldade superada – mas como?
A codificação de informações foi apenas parte da experiência. O próximo passo foi enviar essas informações a uma certa distância.
Anteriormente, os cientistas não achavam que uma mensagem poderia ser bem transmitida através da atmosfera utilizando essa técnica, porque eles assumiam que o momento angular era sensível ao índice de refração da luz, algo que muda com a pressão do ar, ou umidade.
Quando a equipe disparou um feixe de laser entre dois observatórios nas ilhas de La Palma e Tenerife, no entanto, o receptor pode pegar o sinal de forma eficiente, detectando as mudanças no momento angular que a equipe tinha transmitido à luz torcida.
Por que o experimento funcionou exatamente ainda é um mistério. Pode ser que as nossas suposições sobre a quantidade de ar que deveria interferir com este tipo de medição estejam simplesmente incorretas.
Com este sucesso, o experimento abre caminho para trabalhos futuros que poderiam eventualmente ser usados em aplicações práticas na área de comunicações. Os materiais e a matemática utilizados são relativamente simples e comuns. [LiveScience]
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