De opkomst van big data en de vooruitgang in de informatietechnologie heeft ernstige gevolgen voor ons vermogen om voldoende bandbreedte te leveren om aan de groeiende vraag te voldoen.

Andrew Forbes, onderscheiden professor aan de Wits School of Physics en hoofd van het Structured Light Laboratory, en medewerkers, kijken naar alternatieve bronnen die het kunnen overnemen waar traditionele optische communicatiesystemen in de toekomst waarschijnlijk zullen falen.

"Het team demonstreerde meer dan 100 lichtpatronen die worden gebruikt in een optische communicatieverbinding, mogelijk de bandbreedte van communicatiesystemen met 100 keer vergroten, ', zegt Forbes.

Traditionele optische communicatiesystemen moduleren de amplitude, fase, polarisatie, kleur en frequentie van het doorgelaten licht. Ondanks deze technologieën, er wordt voorspeld dat in de nabije toekomst een bandbreedteplafond zal worden bereikt.

"Maar licht heeft ook een 'patroon' - de intensiteitsverdeling van het licht - dat wil zeggen, hoe het eruit ziet op een camera of een scherm. Omdat deze patronen uniek zijn, ze kunnen worden gebruikt om informatie te coderen, " legt hij uit. "Toekomstige bandbreedte kan worden vergroot door precies het aantal lichtpatronen dat we kunnen gebruiken. Tien patronen betekenen een 10 keer grotere bestaande bandbreedte, omdat er 10 nieuwe kanalen zouden ontstaan ​​voor gegevensoverdracht."

Momenteel, moderne optische communicatiesystemen gebruiken slechts één patroon. Dit komt door technische hindernissen bij het inpakken van informatie in deze lichtpatronen, en hoe u de informatie er weer uit krijgt. Het team toonde datatransmissie met meer dan 100 lichtpatronen, gebruikmakend van drie vrijheidsgraden in het proces.

"We gebruikten digitale hologrammen die op een klein LCD-scherm werden geschreven en toonden aan dat het mogelijk is om een ​​hologram te coderen met meer dan 100 patronen in meerdere kleuren, ", zegt Forbes. "Dit is het hoogste aantal patronen dat tot nu toe op een dergelijk apparaat is gemaakt en gedetecteerd. We hebben effectief aangetoond dat het verpakken van meer informatie in licht het potentieel heeft om de bandbreedte met 100 keer te vergroten."

De volgende fase is om het laboratorium te verlaten en de technologie in een echt systeem te demonstreren. De aanpak kan worden gebruikt in zowel vrije ruimte als glasvezelnetwerken.

In een verwante studie, Forbes en zijn mede-Wits-fysici hebben aangetoond dat realtime foutcorrectie in kwantumcommunicatie mogelijk is. "Dit heeft enorme implicaties voor snelle en veilige gegevensoverdracht in de toekomst en zal de technologische vooruitgang helpen die streven naar veiligere kwantumcommunicatieverbindingen over lange afstanden, ', zegt Forbes.

"Eigenlijk, het onderzoek toont aan dat de natuur soms het verschil tussen de kwantum- en de klassieke (of echte) wereld niet kan zien en dat er een grijs gebied bestaat tussen de twee werelden die 'klassieke verstrengeling' wordt genoemd. Door in dit grijze gebied tussen het klassieke en het kwantum te werken, we kunnen snelle en veilige gegevensoverdracht laten zien via real-world links."