Crean fibra óptica que mantiene los datos seguros incluso después de haber sido retorcida o doblada

Físicos han creado una fibra óptica que utiliza el concepto matemático de topología para seguir siendo robusta, garantizando así la transferencia de información a alta velocidad.

Las fibras ópticas son la columna vertebral de nuestras modernas redes de información.

Desde la comunicación de largo alcance a través de Internet hasta la transferencia de información de alta velocidad dentro de los centros de datos y las bolsas de valores, la fibra óptica sigue siendo fundamental en nuestro mundo globalizado.

Sin embargo, las redes de fibra no son estructuralmente perfectas y la transferencia de información puede verse comprometida cuando las cosas salen mal.

Para abordar este problema, físicos de la Universidad de Bath han desarrollado un nuevo tipo de fibra diseñada para mejorar la solidez de las redes.

Esta robustez podría resultar especialmente importante en la próxima era de las redes cuánticas.

El equipo ha fabricado fibras ópticas (canales de vidrio flexibles a través de los cuales se envía la información) que pueden proteger la luz (el medio a través del cual se transmiten los datos) utilizando las matemáticas de la topología.

Lo mejor de todo es que estas fibras modificadas son fácilmente escalables, lo que significa que la estructura de cada fibra se puede conservar durante miles de kilómetros.

En su forma más simple, la fibra óptica, que normalmente tiene un diámetro de 125 µm (similar a una gruesa hebra de cabello), consta de un núcleo de vidrio sólido rodeado por un revestimiento.

La luz viaja a través del núcleo, donde rebota como si se reflejara en un espejo.

Sin embargo, el camino tomado por una fibra óptica a medida que atraviesa el paisaje rara vez es recto y sin perturbaciones: las vueltas, bucles y curvas son la norma.

Las distorsiones en la fibra pueden hacer que la información se degrade a medida que se mueve entre el emisor y el receptor.

“El desafío era construir una red que tuviera en cuenta la solidez”, dijo el estudiante de doctorado en Física Nathan Roberts, quien dirigió la investigación.

“Cada vez que se fabrica un cable de fibra óptica, inevitablemente se presentan pequeñas variaciones en la estructura física de la fibra.

Cuando se implementa en una red, la fibra también puede torcerse y doblarse.

Una forma de contrarrestar estas variaciones y defectos es garantizar que el proceso de diseño de fibra incluya un enfoque real en la robustez.

Aquí es donde encontramos útiles las ideas de la topología”.

Para diseñar esta nueva fibra, el equipo de Bath utilizó la topología, que es el estudio matemático de las cantidades que permanecen sin cambios a pesar de las continuas distorsiones de la geometría.

Sus principios ya se aplican a muchas áreas de la investigación física.

Al conectar los fenómenos físicos con números que no cambian, se pueden evitar los efectos destructivos de un entorno desordenado.

La fibra diseñada por el equipo de Bath despliega ideas topológicas al incluir varios núcleos conductores de luz en una fibra, unidos en espiral.

La luz puede saltar entre estos núcleos pero queda atrapada dentro del borde gracias al diseño topológico.

Estos estados de borde están protegidos contra el desorden en la estructura.

El físico de Bath Dr. Anton Souslov, coautor del estudio como líder teórico, dijo:

“Usando nuestra fibra, la luz está menos influenciada por el desorden ambiental que en un sistema equivalente que carece de diseño topológico.

“Al adoptar fibras ópticas con diseño topológico, los investigadores tendrán las herramientas para adelantarse y prevenir los efectos de degradación de la señal mediante la construcción de sistemas fotónicos intrínsecamente robustos”.

El físico de Bath, el Dr. Peter Mosley, coautor del estudio como líder experimental, dijo:

“Anteriormente, los científicos han aplicado las matemáticas complejas de la topología a la luz, pero aquí en la Universidad de Bath tenemos mucha experiencia en la fabricación física de fibras ópticas, por lo que juntamos las matemáticas con nuestra experiencia para crear fibra topológica”.

El equipo, que también incluye al estudiante de doctorado Guido Baardink y al Dr. Josh Nunn del Departamento de Física, ahora está buscando socios de la industria para desarrollar aún más su concepto.

“Estamos muy interesados en ayudar a las personas a construir redes de comunicación sólidas y estamos listos para la siguiente fase de este trabajo”, dijo el Dr. Souslov.

El Sr. Roberts agregó: “Hemos demostrado que se pueden enrollar kilómetros de fibra topológica en un carrete.

Visualizamos una Internet cuántica donde la información se transmitirá de manera sólida a través de los continentes utilizando principios topológicos”.

Señaló que esta investigación tiene implicaciones que van más allá de las redes de comunicación.

Él dijo: “El desarrollo de fibra no es solo un desafío tecnológico, sino también un campo científico emocionante por derecho propio.

“Comprender cómo diseñar fibra óptica ha llevado a fuentes de luz desde un ‘supercontinuo’ brillante que abarca todo el espectro visible hasta fuentes de luz cuánticas que producen fotones individuales: partículas individuales de luz”.

Se espera ampliamente que las redes cuánticas desempeñen un papel tecnológico importante en los próximos años.

Las tecnologías cuánticas tienen la capacidad de almacenar y procesar información de formas más poderosas que las computadoras “clásicas” de hoy en día, además de enviar mensajes de forma segura a través de redes globales sin ninguna posibilidad de espionaje.

Pero los estados cuánticos de la luz que transmiten información se ven fácilmente afectados por su entorno y encontrar una manera de protegerlos es un gran desafío.

Este trabajo puede ser un paso hacia el mantenimiento de la información cuántica en fibra óptica utilizando diseño topológico.

Fuente: Bath