作者：埃德温·卡特里奇
通过利用无线电波的扭曲性和波长，移动电话、数字电视和其他通信技术可用的带宽可能会得到极大的扩展。这是意大利和瑞典一群科学家提出的主张，他们已经展示了如何扭曲无线电波束，以及如何用远距离天线探测由此产生的涡旋。
最简单的电磁波束具有平面波前，这意味着波束的峰值或波谷可以通过垂直于波束传播方向的假想平面连接起来。但是，如果波束被扭曲，那么波前会围绕波束的传播方向呈螺旋状旋转，从而产生涡旋，并使波束中心强度为零。
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物理学家已经能够创造扭曲的可见光束大约 20 年了，最初注意到这种光束是在一些激光腔内产生的。这些扭曲的光束在纳米技术中很有用，可以作为光学“镊子”或“扳手”来操纵微小粒子。然而，迄今为止，还没有人尝试在电信中使用的无线电波长上做同样的事情。
螺旋波
现在，由瑞典乌普萨拉空间物理研究所的 Bo Thidé 和意大利帕多瓦大学的 Fabrizio Tamburini 领导的一个小组，成功地扭曲了标准无线路由器用于远距离传输数据的天线类型所发射的波。该团队通过将波从一个八阶螺旋阶梯状结构上反射来实现这一点，该结构位于天线几米远的地方，其轴线与波束对齐。其想法是，波前的不同部分会从不同的台阶上反射，从而在相邻部分的反射之间引入延迟，并因此导致波前变得扭曲并呈现反射器的形状。
为了证明他们确实扭曲了波束，Thidé 和他的同事用一对七米外的天线测量了波束的强度。他们发现，当他们固定一个天线并将另一个天线在垂直于波束的平面内移动时，两个天线的组合强度会发生变化。他们指出，如果波前的不同部分在不同时间穿过平面，就会出现这种情况。两个天线记录的信号将是同相（即两个峰值或两个波谷）、异相或介于两者之间，具体取决于它们的相对方向。强度模式或多或少与传播扭曲波束的计算机模拟预测的模式相符。
Thidé、Tamburini 和其他人最近展示了如何使用射电望远镜进行的这种探测方案可以识别出旋转黑洞发出的标志性扭曲辐射 2（参见“如何发现旋转黑洞”）。但 Tamburini 认为，这可能对无线电通信也具有“革命性”的意义。他设想，正如不同频率的波可以一起传播而不会相互干扰一样——从而成倍增加发射器和接收器之间可以发送的信号数量——带宽也可以通过同时传输相同频率但扭曲程度不同的波来扩展。
下一个重要的里程碑将是在嘈杂的真实世界条件下演示扭曲无线电传输——到目前为止，实验是在乌普萨拉大学的电磁和声学绝缘室内进行的。研究人员希望在未来几天内开始测试部分螺旋卫星天线，然后在三个月后使用类似的设备在威尼斯泻湖上发射数百米远的扭曲无线电波束。
荷兰代尔夫特理工大学的电气工程师 Taco Visser 认为，扭曲无线电波束“肯定会提高”电信信道的容量。但他警告说，大气湍流会导致信号幅度和相位波动，这可能会限制波束可以扭曲的程度，从而限制可用信道的数量。他还表示，目前尚不清楚移动电话等便携式设备如何发射这种扭曲波束，因为每个信道都需要自己的螺旋反射器。
Tamburini 认为，通过在设备内部仔细放置四个天线，移动电话和笔记本电脑可用的带宽几乎可以立即增加九倍，而且额外成本相对较低。他估计这项技术可能在未来两到五年内进入市场。技术进步可能会提供更多的带宽。
然而，Tamburini 说，他已经设计出一种方案，其中不需要单独的螺旋反射器。他已经在模拟中证明该方案有效，现在正在考虑构建原型系统并申请专利，并补充说，最复杂的问题是如何在设备移动时从设备发送和接收扭曲波束。
Visser 说，这项工作也可能具有其他有用的应用。例如，他说，无线电波可以用来制造光学扳手的放大版。因此，扭曲的无线电波可以用来操纵几毫米长的物体，而不是仅仅操纵几百万分之一米大小的物体。他认为，这可能允许远程处理小型有毒或放射性物体。