Luz é comprimida em 11 vezes para transportar mais bits por segundo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/07/2021

Mesmo funcionando em dois estágios, o mecanismo é supercompacto, abrindo caminho para seu uso prático.
[Imagem: SUTD]

Compressão da luz

A luz é muito rápida, mas não instantânea: Há sempre um tempo envolvido em seu deslocamento de um ponto a outro.

Em termos práticos, isso significa um retardo quando tentamos transferir informações de um lugar para outro por meio das fibras ópticas e, por decorrência, um limite de quantidade de informações trafegadas por unidade de tempo.

Na tentativa de colocar cada vez mais informações nos pulsos de luz, pesquisadores têm desenvolvido alguns truques surpreendentes, como fazer a luz superar a velocidade da luz, fazendo cada pulso de luz alcançar uma velocidade superluminal, ou então diminuir a velocidade da luz no ar.

Agora, Ju Won Choi e colegas da Universidade de Design e Tecnologia de Cingapura demonstraram a compressão da luz no tempo em nada menos do que 11 vezes, viabilizando um salto de eficiência para campos tão diversos quanto a metrologia, a geração de imagens e, claro, as comunicações ópticas de alta velocidade - a equipe é a mesma que, no ano passado, descobriu como confinar a luz em um espaço 3D.

Pulsos de luz temporalmente mais curtos permitem que mais dados sejam compactados em um determinado período de tempo, em um método chamado multiplexação óptica por divisão de tempo. Essa técnica de compressão temporal permite um aumento no número de bits transmitidos pela luz em uma rede de fibra óptica pela mesma medida obtida pela equipe, ou seja, 11 vezes mais dados.

É o maior índice de compressão de luz já alcançado.
[Imagem: Ju Won Choi et al. - 10.1038/s41377-021-00572-z]

Dualidades espaço-tempo

A técnica se baseia na exploração das similaridades entre a propagação espacial e temporal da luz, que criam o que os físicos chamam de "dualidades espaço-tempo".

"Equilibrando as contribuições dos estágios dispersivo e não-linear, podemos gerar uma forte compressão no tempo ou na frequência. A compressão temporal é uma das mais altas demonstradas até hoje em um chip. A compressão espectral também é a primeira do seu tipo demonstrada em um chip," disse Choi.

Assim, aproveitando as dualidades análogas no espaço e no tempo, o sistema permite também que o conteúdo da frequência (ou comprimento de onda) da luz seja comprimido. Por exemplo, a luz que tem as cores vermelha, amarela e azul será comprimida espectralmente para possuir apenas a luz amarela.

A quantidade de cor em um sinal óptico também limita a quantidade de dados que podem ser transportados em uma rede de fibra óptica quando se usa a multiplexação por divisão de comprimento de onda. Consequentemente, esta capacidade de comprimir espectralmente a luz pode permitir densidades espectrais mais altas de propagação da luz em um meio específico.

Outro destaque desta pesquisa é o fato de que o aparato de dois estágios é o menor já construído para compressão da luz. Alcançar uma compressão tão forte em um dispositivo tão pequeno pode facilitar a implantação de baixo custo dessa tecnologia de pulsos curtos em telecomunicações, centrais de dados, manufatura de precisão e imagem hiperespectral.

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