Физики отправили сигнал в дыру во времени

Физики из США сделали шаг на пути к линии связи, которая защищена от прослушивания эффектом «дыры во времени». Специальная оптическая система таким образом искажает световые импульсы, что для стороннего наблюдателя сообщение словно исчезает между другими импульсами: возможность манипулирования временем впервые смогли применить на практике. Работа ученых опубликована в Nature, а кратко о ней рассказывает Nature News.

Суть эффекта, который был впервые продемонстрирован и представлен публике в начале 2012 года, такова: ученые берут последовательность световых импульсов и пропускают ее через материал с заранее рассчитанными оптическими свойствами. Импульсы сдвигаются относительно друг друга так, что определенный кусок всей последовательности в результате исчезает: во всей последовательности непреобразованных импульсов обнаруживается фрагмент, который никак не отражается на конечном результате.

По словам ученых, за счет этого возникает интервал, в который можно передать что угодно и для стороннего наблюдателя эта информация исчезнет — однако при помощи другой специальной оптической приставки ее можно будет извлечь из «временной дыры». Для этого последовательность импульсов снова пропустят через оптическую систему, которая выполнит обратное преобразование, однако для этого надо знать характер преобразования: последнее можно применить для создания защищенной линии связи.

Эффект «дыры во времени» получил название temporal cloaking (временного скрытия) по аналогии со spatial cloaking, пространственным скрытием. Последний также хорошо известен в популярной литературе как эффект «плаща-невидимки» и суть его кроется в возможности скрыть изменение волнового фронта так, чтобы спрятать объект в пространстве. Использовав несколько иной подход, ученые добились скрытия уже не пространственного, а временного.

Специалисты университета Пердью направили лазерный луч на фазовый модулятор, устройство, способное заданным образом менять фазу световой волны. Подобрав правильную последовательность сдвига фазы и добавив в схему оптоволоконный распределенный брэгговский отражатель — оптоволокно, составленное из множества идущих друг за другом фрагментов с разным коэффициентом преломления. Такие отражатели давно известны своей способностью менять спектр сигнала и его форму, а в сочетании с заданным сдвигом фаз стало возможно реализовать на практике предсказанный в 2010 году эффект «дыры во времени».

Исследователи продемонстрировали то, что посланный в определенные моменты времени между световыми импульсами полезный сигнал полностью исчезает; ученые также добились скорости передачи данных более 12 гигабит в секунду, что еще два года назад считали практически невозможным — первооткрыватели эффекта наблюдали слишком малую для практических применений скорость. По словам физиков сейчас перед ними стоит другая проблема, извлечь информацию из «временных дыр» обратно: это возможно в принципе при модификации установки, но в рамках проведенных экспериментов информация все-таки терялась безвозвратно.

Если систему временного сокрытия данных удастся доработать, то она сможет найти себе два применения. Первое, самое очевидное по версии Nature News заключается в создании защищенных каналов связи, злоумышленник без специального оборудования не только не извлечет сигнал из потока импульсов, но и не сможет зафиксировать хотя бы сам факт передачи данных (ряд криптоатак построен на анализе статистики: когда и в каком объеме передавали сигналы). Второе применение уже не столь очевидно: сигнал, скрытый во «временной дыре», может быть гораздо более устойчив к действию помех.