Физики научили прятать в дифракционные карманы до 46% информации

В 2011 году группа американских учёных впервые продемонстрировала эффект «дифракционного» или «временнóго» кармана (temporal cloaking) в волноводных коаксильных лазерах.

Теперь их коллеги-физики из университета Пердью существенно усовершенствовали технологию и смогли спрятать во времени до 46% потока фотонов: в скрытом режиме передавалось 12,7 Гбита/с.

Вообще, в последние годы учёные достигли довольно существенного прогресса в области скрытия информации за счёт волновой интерференции. Путём искажения электромагнитных полей можно добиться эффекта, когда некоторые регионы пространства-времени выпадают из общей волновой картины (см. эффект Тальбота). Таким образом, любой объект в этих регионах становится невидим для постороннего наблюдателя.

Эффект Тальбота. Если свет проходит через несколько параллельных щелей (дифракционная решётка), то возникает интерференция и появляются «дыры» с нулевой интенсивностью света

Сначала эффект удалось получить на высокочастотном СВЧ излучении, но вскоре его продемонстрировали также и в звуковых волнах, и в видимом диапазоне. Сейчас начались эксперименты с лазерами в оптоволокне.

В электромагнитной теории присутствует определённый дуализм между пространством и временем. В частности, дифракция световых лучей в пространстве является математическим эквивалентом временнóго распространения света в среде. Другими словами, дифракция и дисперсия симметричны в пространстве-времени.

Это сразу же ведёт к тому, что мы можем создать эквивалент дифракционных линз, только на в пространстве, а во времени.

Проще всего это понять, если представить поток автомобилей на автостраде. Первая группа начинает ехать быстрее, а вторая группа — медленнее. Между ними образуется своеобразный карман, где нет ни одного автомобиля. Посередине дороги первая группа начинает замедляться, а вторая группа — ускоряться, так что карман исчезает, а все события, которые там происходили, навсегда стираются из истории. В точку назначения приходит такой же поток автомобилей, какой отправлялся из точки отправления. В этой аналогии автомобили — это фотоны, а автострада — волновод. Разделение света на группы частот осуществляется с помощью изменения напряжения в фазовом модуляторе: так и появляются карманы во времени, как и в случае с обычной дифракционной решёткой.

С точки зрения физики, мы растягиваем и сжимаем время, так что появляется пространство для внедрения дополнительной информации. Группа физиков из университета Пердью под руководством Джозефа Льюкенса (Joseph Lukens) сумела «растянуть время» на 46%, отправляя дополнительно к основному «скрытый» поток 12,7 Гбит/с в скрытых карманах времени по 36 пикосекунд каждый.

Пространственная аналогия эксперимента Джозефа Люкенса по созданию карманов во времени

К сожалению, учёные пока не нашли способа принимать информацию из таких карманов, так что в результате передаваемые данные бесследно исчезают из истории. В каком-то смысле, это идеальная секретность. Перехватить секретные данные не сможет не только злоумышленник, но даже и получатель информации, потому что информация де-факто перестаёт существовать.

Научная работа “A temporal cloak at telecommunication data rate” опубликована в журнале Nature 5 июня 2013 года (doi:10.1038/nature12224).