Хотя делать объекты невидимыми в пространстве мы уже научились, эффективная маскировка информации во времени далась в исследовательские руки совсем недавно.

В разных средах свет распространяется с разной скоростью. Пользуясь этим очевидным фактом, учёные довольно давно освоили трюк, выглядящий как искусственное создание временного перерыва в световом луче, который на самом деле доставил ровно столько же информации, как если никогда не прерывался. Однако поскольку его свет был на время просто замедлен, затем, у приёмника сигнала, луч восстанавливался, словно ничего не случилось.

Рис. 1. Схема работы устройства, маскирующего сигнал. (Здесь и ниже иллюстрации J. Lukens et al).

До сих пор луч «ломался» лишь на считанные пикосекунды (триллионные доли секунды). То есть для практических целей этого не очень-то хватит.

Новые исследователи под руководством Джозефа Люкенса (Joseph Lukens) из Университета Пердью (США) использовали тот же общий подход для луча света в оптическом волокне. Когда устройство с варьируемой скоростью распространения световых волн задействовано, сигнал в оптоволокне в значительной степени временно исчезает —

примерно для половины полосы пропускания света, что позволяет осуществлять скрытую передачу данных на скорости до 12,7 гигабит в секунду.

Представленная работа основывается на эффекте Тэлбота, в котором рассеивание света на дифракционной решётке приводит к кажущемуся возникновению повторяющихся изображений решётки на некоторых заранее заданных расстояниях от неё.

Однако здесь используется скорее обратная часть этого эффекта: на ряде других дистанций, которые можно указать до начала работы устройства, интенсивность света, рассеиваемого решёткой, падает до нуля.

Ключевая сложность заключалась в том, чтобы использовать эффект Тэлбота не в пространстве, а во времени. Для воздействия на свет применялся фазовый модулятор — волновод, к которому прикладывается напряжение, по мере изменения которого скорость распространения света в волноводе меняется.

Благодаря модулированию удаётся без потерь закодированной информации разложить свет на «порции». Между ними и создаются искусственные «дыры во времени», в которые идёт передача информации, но внешне всё выглядит так, будто никакой передачи нет. Длительность «дыр во времени», продемонстрированная группой г-на Люкенса, достигла 36 пс, что значительно больше, чем в предшествующих опытах, и уже достаточно для начала практической маскировки передаваемых импульсов.

Применив комбинацию фазовых модуляторов и устройств рассеивания лучей, авторы начали работать со световым пучком в диапазоне 1 541–1 543 нм, превратив его в одиночный высокоинтенсивный импульс точно посредине этого диапазона — на 1 542 нм. Когда свет попал в набор оборудования, ориентированный в обратном направлении, его первоначальное распространение было восстановлено.

Как это можно использовать?

При кодировании сигнала обычными методами свет в канале будет изменять свою частоту между высокой и низкой. Такой сигнал можно представить себя как синусоиду, бегущую от низкой энергии сигнала к высокой. Но когда маскирующее луч во времени устройство включено, со стороны эти волны будут казаться тонущими в шуме. Разумеется, при приёме сигнала фазовым модуляторам придётся подвергнуть световые импульсы обратной обработке, поскольку только после этого станет возможным чтение полученной информации

Рис. 2. Когда маскировка сигнала во времени отключена, оба детектора показывают высококонтрастное модулирование сигнала. При включённом устройстве маскировки картина существенно изменяется (синие точки).

По расчётам разработчиков,

46% всей информации удаётся передавать по оптоволокну замаскированным. Однако, настаивают учёные, используя в той же схеме три фазовых модулятора, этот результат можно удвоить, достигнув 90% от полосы пропускания и удвоив пропускную спонтанность для замаскированной части луча.

Бóльшая часть использованного экспериментаторами оборудования — это стандартное оснащение для оптоволоконных линий, включая технику для частотной модуляции. Таким образом,

предложенный метод маскировки трафика после ряда доводок может быть использован без существенных изменений в аппаратном обеспечении нынешних оптоволоконных линий связи.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.