激光风暴：物理学家创造“光飓风”，使数据传输速度提高16倍

科学家们发现了一种将更多数据编码到光中的方法，即用准晶体制造光涡流。这种方法有可能将光纤的数据传输速率提高16倍，标志着电信技术的重大进步。

现代生活在很大程度上依赖于有效地编码信息进行传输。一种常见的方法是用激光对数据进行编码，然后通过光纤电缆发送。随着对数据容量需求的增长，找到更先进的编码方法至关重要。

光漩涡创造的突破

阿尔托大学应用物理系的研究人员已经开发出一种新的方法来制造微小的光“飓风”，称为涡流，它可以携带信息。这项技术操纵金属纳米粒子与电场相互作用。该设计基于准晶体几何，由博士研究员Kristian Arjas构思，并由博士研究员Jani Taskinen实验实现，他们都是Päivi Törmä教授量子动力学小组的成员。

这一突破标志着物理学的重大进步，并为数据传输的创新方法带来了希望。

探索光涡旋的结构

在这种情况下，漩涡就像发生在一束光中的飓风，其中平静而黑暗的中心被一圈明亮的光所包围。就像飓风眼是平静的，因为它周围的风吹向不同的方向，而漩涡眼是黑暗的，因为明亮的光在光束的不同侧面指向不同的方向的电场。

之前的物理学研究已经将出现什么样的涡流与产生涡流的结构中有多少对称性联系起来。例如，如果纳米级的粒子排列成正方形，则产生的光只有一个涡流；六边形会产生一个双涡旋等等。更复杂的涡旋至少需要八边形。

现在，Arjas、Taskinen和他们的团队发现了一种创造几何形状的方法，这种几何形状在理论上可以支持任何一种涡旋。

“这项研究是关于涡旋的对称性和旋转性之间的关系，即我们可以用什么样的对称性产生什么样的涡旋。我们的准晶体设计介于有序和混乱之间，”Törmä说。

操纵纳米粒子用于先进的信息传输

在他们的研究中，研究小组操纵了10万个金属纳米粒子，每个纳米粒子的大小大约是一根人类头发的百分之一，以创造出它们独特的设计。关键在于找到粒子与期望电场相互作用最小而不是最大的地方。

“电场有高振动的热点和基本上没有电的地方。“我们将粒子引入死点，关闭其他一切，使我们能够选择具有最有趣特性的领域进行应用，”Taskinen说。

未来展望与现实挑战

这一发现在非常活跃的光拓扑研究领域开辟了丰富的未来研究。它还代表了在需要光来发送编码信息的领域（包括电信），以一种强大的方式传输信息的早期步骤。

“例如，我们可以通过光纤电缆发送这些涡流，并在目的地打开它们。这将使我们能够将信息存储在更小的空间中，并一次传输更多的信息。一个乐观的估计是我们现在通过光纤传输的信息量的8到16倍。

该团队设计的实际应用和可扩展性可能需要数年的工程实践。然而，阿尔托的量子动力学小组却忙于研究超导性和改进有机LED。

该小组在他们的开创性研究中使用了OtaNano的纳米、微米和量子技术研究基础设施。