Cientistas transformam fótons em tornados de luz, abrindo caminho para o crescimento explosivo da largura de banda óptica

A capacidade dos canais de comunicação óptica é determinada por diversos fatores, desde comprimentos de onda e fases até a polarização da luz. Há décadas, cientistas vêm introduzindo gradualmente novos métodos de transmissão e codificação de fótons para expandir a capacidade desses sistemas. Agora, uma nova descoberta promete multiplicar a capacidade dos canais de fibra óptica, o que é especialmente relevante para plataformas de inteligência artificial e data centers.

Fonte da imagem: Universidade de Melbourne

Como base para investigar a influência de várias forças sobre os fótons, visando a possível codificação de informações, cientistas da Universidade de Melbourne (Austrália) e seus colegas da Universidade de Hanyang (Coreia do Sul) estudaram a adesão de materiais bidimensionais como o grafeno. Esses materiais podem se unir fortemente devido às chamadas forças de van der Waals. Elas são mais fracas do que as interações atômicas, mas fortes o suficiente para manter materiais em camadas unidos de forma confiável, pois essas mesmas forças mantêm aranhas muito maiores correndo livremente pelo teto.

Uma equipe conjunta de cientistas descobriu uma nova maneira de criar “vórtices de luz”, ou redemoinhos espirais de luz, usando matéria mantida unida por essa força. Isso pode levar a um aumento na velocidade, acessibilidade e segurança dos sistemas de comunicação óptica de dados que utilizam fibras ópticas para transmitir luz a longas distâncias.

Aproveitando as propriedades únicas de cristais artificiais em camadas ultrafinas, chamados materiais de van der Waals (vdW), a equipe criou vórtices de luz em laboratório, trabalhando com materiais mais finos que um fio de cabelo humano. Até então, a criação desses vórtices exigia equipamentos volumosos e experimentos caros. Mas a descoberta pode ser um divisor de águas para as comunicações ópticas de banda larga.

«”A estrutura espiral dos vórtices de luz cria uma dimensão extra para a codificação de informações. Assim como a criação de faixas extras em uma rodovia de dados, isso permitirá que mais informações sejam transmitidas simultaneamente”, explicaram os cientistas.

«Descobrimos que quando a luz polarizada circularmente, na qual todas as partículas de luz (fótons) giram na mesma direção, atinge um material com forças de van der Waals, sua direção de rotação muda e ela assume uma forma espiral, transformando-se em um vórtice óptico, ou redemoinho de luz.” E esta é a primeira vez que esse resultado foi obtido experimentalmente.

Segundo os cientistas, a tecnologia permitirá a implementação da codificação multibit de cada fóton dependendo da direção de sua rotação ou outras características, o que pode aumentar a capacidade dos canais de comunicação de fibra óptica em até 50 vezes.

«”Nossa abordagem abre caminho para a criação de dispositivos em miniatura, do tamanho de um chip, que poderão aumentar significativamente a capacidade das redes ópticas. Isso é extremamente importante para a indústria e cria as condições para o surgimento de soluções mais compactas, baratas e escaláveis, aplicáveis, entre outras coisas, em sistemas de comunicação via satélite”, concluíram os cientistas.