Пользователь
57,4
рейтинг
7 июня 2013 в 02:51

Разработка → Физики научились терять в дифракционных карманах до 46% трафика



В 2011 году группа американских физиков впервые продемонстрировала эффект «дифракционного» или «временнóго» кармана (temporal cloaking) в волноводных коаксильных лазерах. Теперь их коллеги из университета Пердью существенно усовершенствовали технологию и смогли спрятать туда до 46% передаваемой информации: в скрытом режиме по оптоволокну они транслировали поток 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 не только 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).
Анатолий Ализар @alizar
карма
751,5
рейтинг 57,4
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Спецпроект

Самое читаемое Разработка

Комментарии (58)

  • +6
    Такое впечатление, что данные угасли в интерференционном минимуме )))
  • +10
    Хм… А какой в этом смысл, если информацию никак не возможно прочитать?
    • +6
      Может, использовать как землю в оптических процессорах, уничтожая уже ненужные фотоны?
    • +108
      Метод можно усовершенствовать. Если информацию вообще не передавать со скоростью 100 Гб/с, а не 12,7 Гб/с, то её также никто не сможет перехватить и прочитать, даже получатель. Теоретически можно не передавать информацию с ещё большей скоростью.
      • +13
        Думаю вопрос, о том с какой максимальной скоростью можно не передавать данные, ещё ждёт своих исследователей!!!
        • +2
          — Какое мороженое вы хотите?
          — Я не хочу мороженое.
          — Хорошо. Тогда какое мороженое вы не хотите?
    • 0
      чтобы отправлять данные в /dev/null!
  • +122
    Кажется, МТС ещё лет 5 назад такое изобрели, половина слов в разговоре пропадают железно…
    • 0
      Готов с вами поспорить, и присвоить приз за подобное открытие оператору Life :) (Украина).
      • +1
        МТС Украина не лучше Life, так что они в одном кружке физиков.
  • +3
    На хлеб уже мажется!
  • +1
    Желтизна какая-то.
  • +4
    146% информации!
    Придется группе американских физиков нобелевку с Чуровым делить.
    • +5
      Не 146%, а 54%. «Ученым из Пердью удалось за 100500 нерусских бобосов изобрести оптоволокно с потерями 46%». Как-то так заголовок должен звучать.
  • +3
    А я вот знаю очень мощный алгоритм архивации, но я не знаю как его распаковать, циклически сложить все байты в 1. Все жмется до одного байта. Но что толку от этого? Если извлечь данные нельзя.
    • +5
      Ну как извлечь… взять ваш 1 байт, заXORить его с самим собой, затем заXORить с исходной информацией…

      • +3
        Да-да, исходная информация является паролем к архиву.
    • +3
      Вы говорите про архиватор Бабушкина?
      • +6
        Тссс… Может это и есть Бабушкин. :)
  • 0
    Аналогия довольно странная, автомобили-то могут ускориться, а вот фотоны — не совсем.
    • 0
      Аналогия была между скоростью авто и длиной волны излучения, как я понял.
      • 0
        Может быть имелось ввиду не скорость конкретного фотона, а групповая скорость. Она может отличаться от скорости света.
  • 0
    Поправте меня, но на сколько я понимаю, ученые не время растягивают и сжимают, а группы фотонов. А ко времени это имеет отношение лишь в случае если скорость распространения фотонов считать временем, что по моему скромному мнению, не одно и тоже.
  • +11
    Я не понял. Передали информацию которая никуда не пришла.
    А что мешает с таким же эффектом передавать со скоростью 100500 терабит в секунду через бетонную стену? Это инновационно и цитата:

    «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.»

    Какая то странная статья, как будто про роснано.
    • –1
      В роснано так деньги исчезают, исчезая из официальной истории навсегда, а здесь информация)
  • 0
    Это стопудово русские учёные. Если такому выдать коробок с фотонами, то он один сломает, а другой потеряет.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • +12
        Ага, корпускулярный сломает, а волновой потеряет.
        • 0
          Давайте не будем русским ученым давать кота.
  • 0
    Гораздо интереснее, что этот эффект проявляется и на звуковых волнах.
    но вскоре его продемонстрировали также и в звуковых волнах

    А, значит, дифракцию и интерференцию можно смоделировать, используя ньютоновскую физику.
  • +1
    Вот уж удивили! Ага! Я им еще в третьем классе мог сделать лазер который бы терял до 146% данных.
  • 0
    Пришли из налоговой, а ты всю черную бухгалтерию по «караманам времени» раскидал:)
  • +5
    Правильно ли я понимаю, что в такой карман, в масштабах космоса, теоретически можно спрятать планету и никто вас не обнаружит?
    • +1
      Если планета предварительно размещена в оптоволокне соответствующего размера, по которому передаётся информация, то да.
    • +1
      Хотите растить армию клонов? =_=
    • +23
      Господин Вейдер, залогинтесь.
      • 0
        ВЛАДЫКА, Йода задери, ВЛАДЫКА Дарт Вейдер.
  • +2
    Беспалевно передавать порно. Осталось только придумать как его беспалевно смотреть
    • +4
      Необходимо залезть в карман!
  • +9
    То, что здесь написано, выглядит очень странно. Информация не может просто так пропадать, т.к. в результате должна вырасти энтропия и выделиться в каком-то виде энергия. Даже настоящие чёрные дыры излучают энергию, а вопрос о том, может ли вообще информация бесследно исчезать является в данный момент открытым.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • 0
        Наука так устроена, что согласие даже большинства учёных с каким-то тезисом абсолютно ничего не значит, пока этот тезис не доказан экспериментально.
    • +3
      Я вот тоже зашел в комментарии как раз с мыслью про волосы у черных дыр.
      Тут могла бы быть очень интересная дискуссия о тонкостях мироздания, но ИМХО идея о бесследной потере инфы здесь придумана журналистами по дороге к нам.
      Если я правильно понял описанные процессы, то:
      1 — при передаче образуются некие окна. Не важно в пространстве или во времени.
      2 — после прохождения пути сигнал складывается обратно, и окна исчезают.
      3 — появилась идея, засовывать сигнал в эти самые окна.
      4 — инфу засовывать получилось, но извлекать ее оттуда пока не научились. Это не значит, что она исчезла. Вероятно в конкретной реализации они просто превратились в шум, который был срезан фильтром.
      5 — по логике это просто наложение двух сигналов один на другой, и пока не придуман алгоритм их разделения. Только и всего. К сожалению никаких чудес тут мы не увидим.

      UPD: обратите внимание на ализара.
      • –1
        О боже, они открыли интерференцию волн!
        Срочно высылаем нобелевскую!
        • +2
          Скажем так краткое содержание статьи звучит как «они начали эксперименты по уплотнению сигнала с помощью дифракции, и у них кое-что начало получаться»
          • –2
            Начало получаться :)))

            Будем надеяться, что научатся разуплотнять :) Ибо за оптикой, наверняка, будут применять сию технологию к радио.
            • +2
              Ну ёлки-палки! Mendel всё ведь очень прозрачно пишет.

              Вот смотрите: у вас есть кабель в который вы излучаете сигнал с определённой частотой (опорную частоту, промодулированную как либо). Далее вы идёте вдоль кабеля, и обнаруживаете точку с 0 уровнем для первого сигнала, и в этом месте вы излучаете в кабель второй сигнал, идёте далее по кабелю, и находите точку с минимум для двух предыдущих, излучаете третий, и т.д. В теории сигналы так можно упаковывать до бесконечности, но точки минимумов при этом будут находиться на логарифмической шкале. Практически, пожалуй, предел будет достигнут уже после нескольких сигналов, упакованных подобным образом. В статье рассказывается о другом принципе, но суть явления по сути в том же.

              Проблема сейчас состоит лишь в том, что бы на основе теоретических измышлений точно определять точки кабеля из которых надо вынимать сигнал. С учётом того, что частоты высокие, а длинны волн соответственно короткие то стоит говорить даже не о кабеле как таковом, а о пространственном разделении излучателей и приёмников внутри одного очень маленького устройства.

              Для того что бы корректно синхронизировать сигналы в точке приёма необходимо перед детектором установить регулируемую линию задержки, которая физически из себя будет представлять тоже маленький объект.

              p.s: к радио применять не будут, ибо в неконтролируемой среде (с непостоянной проводимостью, переотражениями, и ещё кучей побочных явлений) подобные схемы просто не будут работать.
  • +1
    -
  • 0
    Допустим, это обыкновенная волновая интерференция, но если они будут посылать каждые 36 пикосекунд информацию (разумеется в виде света), не будут ли волновые колебания этой информации нарушать общую картину интерференции и убирать, соответственно, эти пробелы?
    • 0
      Это искусственно созданная интерференция, при помощи электромагнитных полей, как я понял. Так что она отчасти управляемая. Вопрос, что становится с этой информацией после обратного сжатия фотонов?! Рассеивается вместе с фотонами?
  • 0
    Посмотрел на автора поста
  • +3
    Нич-чего не понимаю ©. На Ленте тоже совершенно непонятно описано было.

    В реферате оригинальной статьи, как мне кажется, и то более понятно, чем здесь. И там нет ни слова об информации (только написано, что описываемый эффект работает работает на скоростях (data rate) телекоммуникационных линков.

    Реквестирую сюда следующих людей из библиографии: Smolyaninov, I. I., Smolyaninova, V. N., Kildishev, A. V. & Shalaev, V. M., Kolner, B. H. & Nazarathy, M. — я так понимаю, из русскоязычных только они могут написать научно-популярную статью, описывающую показанное физическое явление.

    В частности, что такое events — как они проявляются в дыре? Откуда мы знаем, что они там происходят, если они там исчезают?
    • +1
      Поддерживаю.
      Очень интересная тема, читал о ней вчера на ленте — мало что понял, полез в первоисточник на nature.com — стало чуть понятнее, но не намного. Подумалось: вот бы на хабре кто понятно написал, как умеют. И вот наконец эта статья — но в результате ещё больше путаницы.
  • +4
    cat /dev/zero > /dev/null?
  • +1
    Recent research has uncovered a remarkable ability to manipulate and control electromagnetic fields to produce effects such as perfect imaging and spatial cloaking. To achieve spatial cloaking, the index of refraction is manipulated to flow light from a probe around an object in such a way that a ‘hole’ in space is created, and the object remains hidden. Alternatively, it may be desirable to cloak the occurrence of an event over a finite time period, and the idea of temporal cloaking has been proposed in which the dispersion of the material is manipulated in time, producing a ‘time hole’ in the probe beam to hide the occurrence of the event from the observer

    Из одной из предыдущих статей.
    Cloak — по-русски что-то вроде шапки-неведимки. Только в оригинальной статье имеется ввиду невидимость во времени, а не в пространстве

    Насколько я понял, суть в том, что материал сделан таким образом, что наблюдатель не будет знать, был ли в определенный промежуток времени сигнал или нет. В этой же статье им удалось скрыть около половины сигнала:
    We succeed in cloaking 46 per cent of the entire time axis and conceal pseudorandom digital data at a rate of 12.7 gigabits per second. This
    potential to cloak real-world messages introduces temporal cloaking into the sphere of practical application, with immediate ramifications in secure communications.

  • 0
    Объяснение: информация не теряется, её можно восстановить на другом конце волокна. Авторы добились того, что создали «чёрные пятна» между приёмником и передатчиком так, что информация там нечитаема. Она толька читаема на входе и на выходе, но не в середине.

    Зачем это надо? Просто защита от Man-in-the-Middle атаки. Бесполезно врезаться в такое оптоволокно (даже если удастся найти правильную точку в которой в принципе можно было бы врезаться).

    Инновационно? Не очень… К тому же, кажется, авторы смогли это сделать только для одномодового оптоволокна, тогда как уже давно используются многомодовые. А в многомодовом оптоволокне достичь того же эффекта будет значительно труднее.
    • 0
      На магистралях и других дальнобойных линьках только одномода. Многомода — это не далее ~300м(те в пределах одного помещения максимум).

      Только вот если я все правильно понял, то считывать информацию из этих карманов на стороне приемника пока все-же не научились.
      • 0
        Конкретно в этой работе — да, прочитать на стороне получателя тоже не получилось. Однако получилось детектировать сигнал у получателя. То есть информация есть у отправителя и у получателя, просто у получателя она немного испортилась.

        А Man-in-the-Middle не мог бы даже детектировать сигнал.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.