北京時(shí)間12月1日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,，我們?cè)诖螂娫?huà)或上網(wǎng)時(shí),，每秒鐘都有數(shù)十億比特的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖進(jìn)行傳播。近期一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)顯示,，我們或許能“彎折”光波,，從而增加傳播數(shù)據(jù)的數(shù)量和距離。在該實(shí)驗(yàn)中,，物理學(xué)家利用彎折后的激光,，將“世界你好”（Hello World）這條消息從一座島上傳送到了另一座島上。
該研究團(tuán)隊(duì)在兩座小島上的天文臺(tái)之間用一道綠色的激光束傳遞了信息,，結(jié)果接收器成功收到了信號(hào),，還能分析出研究人員改變了哪些角動(dòng)量。
彎折的光子
人類(lèi)早就利用光波進(jìn)行通訊了,。無(wú)線電就是光的一種形式,，激光在光纖中也十分常見(jiàn)。我們可以利用光波的振幅（如AM廣播）或頻率（如FM廣播）、甚至光波的相位和偏振現(xiàn)象傳遞信息,。
此前,，我們只能將信息編入光波的上述四種屬性中（又稱(chēng)自由度），這限制了我們利用光子傳遞的信息量,。而維也納大學(xué)一支由各國(guó)科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)希望能將信息編入光波的第五種屬性中,，也就是光波的角動(dòng)量，從而大大增加信息傳輸的距離,。他們?cè)诩蛹{利群島上的兩座天文臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸,，距離約為142公里。
雖然聽(tīng)起來(lái)有悖于常理,，但光的確是有角動(dòng)量的,。這是因?yàn)闃?gòu)成光的光子其實(shí)會(huì)發(fā)生彎折，還會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)若干次,。近年來(lái),，科學(xué)家已經(jīng)找到了一些增加光子彎折次數(shù)的方法，從而改變光的角動(dòng)量,。
“增加了一個(gè)自由度之后,，光的波長(zhǎng)仍與原來(lái)相同，但通過(guò)引入因數(shù)n,，我們便大大增加了傳播的信息量,。”維也納大學(xué)博士生,、此次研究的主要作者馬利奧·克萊恩（Mario Krenn）指出,。這里“n”指的是光波角動(dòng)量的“模”數(shù)（modes）,，并且只能是整數(shù),。假設(shè)傳播信息時(shí)所用的模數(shù)為5，利用了10條波長(zhǎng)通道,，那么傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就可以達(dá)到原先10條波長(zhǎng)通道所傳輸?shù)?倍,。
從照片中可以看出（圖片顏色不準(zhǔn)確），當(dāng)放大兩倍之后,，光波看上去驚人地復(fù)雜
光的傳播
通常來(lái)說(shuō),，當(dāng)一束激光擊中空白的屏幕時(shí)，顯示出的會(huì)是一個(gè)光環(huán),。研究人員利用計(jì)算機(jī)將角動(dòng)量按不同的方式重疊在一起，從而在光波中編入了可供解讀的信息,。通過(guò)這種方法,，研究人員合成了一條可解讀為“世界你好”的信息。
不過(guò)，能夠解讀出信息僅僅是該實(shí)驗(yàn)的一部分,。接下來(lái),，科學(xué)家還需要將信息傳輸?shù)狡渌胤健４饲?，大多?shù)科學(xué)家都認(rèn)為光子無(wú)法在大氣中傳播信息,，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為角動(dòng)量很容易被光的折射率所影響，而氣壓和空氣濕度都會(huì)使折射率發(fā)生改變,。但他們錯(cuò)了,。該研究團(tuán)隊(duì)在兩座小島上的天文臺(tái)之間用一道綠色的激光束傳遞了信息，結(jié)果接收器成功收到了信號(hào),，還能分析出研究人員改變了哪些角動(dòng)量,。“傳播距離能超過(guò)3公里,，我們就已經(jīng)很吃驚了,。”克萊恩表示,。
但科學(xué)家還不清楚信息為何能成功傳播,，可能是因?yàn)榇饲暗募僭O(shè)本身就是錯(cuò)誤的，空氣并不會(huì)對(duì)此類(lèi)傳播方式造成干擾,。
此次實(shí)驗(yàn)取得圓滿(mǎn)成功,，今后人們將開(kāi)展更多的研究工作，逐漸將該技術(shù)運(yùn)用于信息通訊中,?？巳R恩指出，實(shí)驗(yàn)中采用的發(fā)送器和接收器其實(shí)都很簡(jiǎn)單,，最復(fù)雜的要數(shù)對(duì)信號(hào)的處理,，不過(guò)這也可以通過(guò)常見(jiàn)的數(shù)學(xué)手段來(lái)解決。