当您打电话或浏览互联网时，很可能大部分通信是通过光纤链路传输的，每秒传输数十亿比特。
最近的一项实验表明，有可能“扭曲”光波，在其中塞入比以往更多信息，并以实际距离发送信号。在这种情况下，物理学家使用扭曲的激光将“你好世界”的消息在两个岛屿之间发送。[物理学中最大的9个未解之谜]
扭曲的光子
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光波一直被用于通信。无线电是一种光的形式，光纤中常见的激光也是如此。为了输入和输出信息，可以使用波的振幅（如在调幅无线电中）、波的频率（在调频无线电中使用）甚至相位和偏振（与前两者一起在光纤中使用）。
事实上，人们可以使用仅仅四个特征，或所谓的自由度，将信息编码到单个光波中，这限制了可以通过光子传输的信息量。维也纳大学的一个国际团队想看看他们是否可以将信息编码到光波的另一个特征，即角动量中，并将其发送到足够远的距离以供使用——在这种情况下，是在加那利群岛的两个天文台之间约 88 英里（142 公里）。
尽管听起来违反直觉，但光确实具有角动量。这是因为当光子传播时，它实际上会“扭曲”并进行一定数量的旋转。近年来，物理学家已经找到了增加这些扭曲数量的方法，从而改变了光的角动量。
维也纳大学的博士生、概述研究结果的两项研究之一的主要作者马里奥·克伦告诉《生活科学》：“当我们增加一个额外的自由度时，可以使用相同的通道[在这种情况下，光的波长]，并将信息量增加 n 倍。” 在这种情况下，“n”是光角动量的“模式”数。模式是角动量测量的整数倍。例如，具有五个模式和 10 个通道的传输现在能够发送的信息量是原始 10 个通道的五倍。
光传输
通常，如果在实验中观察到激光照射在空白屏幕上，它会呈现为一个环。使用计算机将角动量测量值叠加到光信号上会产生可以解码的独特图案。研究人员使用这种方法创建了一个光图案，产生了“你好世界”的消息。
但是，编码信息只是实验的一部分。下一步是将信息发送到一定的距离之外。克伦说，以前，光子学领域的大多数人认为消息无法很好地通过大气传输。这是因为他们认为角动量对光的折射率敏感，而折射率会随气压或湿度变化。
他们错了。当研究小组在拉帕尔马岛和特内里费岛上的两个天文台之间发射一束绿色激光束时，接收器仍然可以接收到信号，检测到研究小组赋予扭曲光线的角动量变化。“我们实际上很惊讶能够获得超过 3 公里的距离，”克伦说。
其工作原理仍然有点不清楚。可能是关于空气对这类测量的干扰程度的假设根本不正确。
随着这项成功，该实验为进一步工作开辟了道路，这些工作最终可以用于通信。克伦说，发送器和接收器相对简单，而且是现成的。计算量大的工作是处理信号，但这同样使用了成熟的数学技术。“我们想降低复杂性，”他说。
结果发表在11 月 15 日出版的期刊《美国国家科学院院刊》的两项研究中。
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