Передача информации с помощью света была основным способом общения на протяжении всей истории человечества.

Сейчас всё больше внимания привлекает технология связи нового поколения, основанная на видимом свете. Она обладает высокой частотой и линейностью, а также преимуществами:

• интеграция с системами освещения;
• отсутствие электромагнитных помех, связанных с обычными коммуникационными сетями.

Благодаря безопасности и скорости передачи данных, связь на основе видимого света особенно подходит для локальных систем связи, в том числе в военных операциях.

Свет может нести много информации не только благодаря интенсивности и длине волны, но и благодаря поляризации. Например, в 3D-фильмах используют поляризационные фильтры, чтобы создать у зрителей ощущение глубины.

Сейчас учёные работают над тем, чтобы повысить безопасность и производительность связи с помощью видимого света. В том числе они исследуют технологии, связанные с поляризацией, например квантовую информационную связь.

Исследовательская группа SNU-KAIST изучила, как можно управлять поляризацией света с помощью наноматериалов. Они разработали новую технологию шифрования видимого света на основе хиральных наноматериалов, которые не перекрывают друг друга при зеркальном отражении, но имеют симметричную структуру. Эти материалы могут изменять наклон оси поляризации или её вращательные свойства.

Ранее исследовательская группа уже публиковала статьи о хиральных наночастицах в журнале Nature. Теперь они представили технологию шифрования связи в видимом свете, которую невозможно воспроизвести или перехватить без детальной информации о наночастицах.

Хиральные наночастицы создаются с помощью скручивания их кристаллической структуры биомолекулами — белками и ДНК. Эти молекулы обладают естественной хиральностью.

Оптические свойства таких частиц уникальны, их нельзя воспроизвести без информации о последовательности биомолекул при синтезе. Хиральные частицы работают как отпечатки пальцев или ключи для передачи информации в видимом свете. Декодировать информацию может только тот, у кого есть настоящие наночастицы.

Эту технологию шифрования будут использовать в безопасных системах связи «точка-точка», например, в военных операциях с участием беспилотников.

Исследовательская группа разработала устройство для контроля поляризации, способное передавать зашифрованную информацию о ней.

Устройство состоит из квантовых наностержней, излучающих поляризованный свет, и нанопроволочных материалов, которые придают свету вращательные свойства. С помощью 3D-печати учёные создали устройство с пространственным разрешением в сотни микрометров и временным разрешением в наносекунды. Это позволяет устройству представлять все состояния поляризации без ограничений.

Передающее устройство может шифровать и передавать информацию о поляризации в форме, соответствующей свойствам наночастиц, использующих это устройство. Эта технология станет основой для массового производства устройств с неограниченными возможностями управления пространственно-временной поляризацией.

Профессор Ки Тхэ Нам с факультета материаловедения рассказал, что исследование, в котором сочетаются новые материальные и коммуникационные технологии, позволило создать первую и единственную в мире технологию шифрования связи в видимом свете.

Профессор Джунил Чой добавил, что этот результат — заслуга специалистов по материаловедению и электротехнике. В будущем планируется развивать технологию связи на основе наночастиц, чтобы создавать защищённые системы коммуникации.

Чон Хен Хан также отметил, что система шифрования станет основой для развития оптической передачи информации.

Результаты опубликованы в Nature Communications.