Desarrollan un método óptico para codificar datos en alta dimensión

Un equipo de investigadores liderado por Guangyu Fan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Shanghái, y Qiwen Zhan, de la Universidad Westlake, en colaboración con la Academia China de Ciencias, desarrolló una técnica denominada peine topológico espaciotemporal (ST-Comb). Este avance busca resolver las limitaciones de ancho de banda y ruido en las comunicaciones modernas mediante la codificación de información digital en estructuras ópticas ultrarrápidas de femtosegundos a picosegundos.

Frente al incremento exponencial del tráfico de datos en redes satelitales, centros de cómputo y vehículos autónomos, las distorsiones en el canal de transmisión suelen degradar las señales. En lugar de simplemente aumentar la potencia del transmisor, la nueva estrategia traslada la información a un espacio de mayor dimensión donde el ruido ambiental resulta menos destructivo.

Estructura del sistema y reconstrucción coherente

El método ST-Comb transforma un paquete de ondas ultrarrápido en una secuencia de subpulsos espaciotemporales y topológicos. Para almacenar la información digital, el sistema utiliza diversos parámetros de estos subpulsos, entre los que se incluyen la carga topológica, el modo radial, la separación temporal y la fase envolvente del portador espaciotemporal (ST-CEP).

Inspirada en el principio de detección lock-in, la técnica mapea los datos hacia una región espectral en la escala de los terahertz, alejándolos del ruido técnico de baja frecuencia. El proceso de funcionamiento sigue un flujo integrado:

• Codificación y modulación: Mapeo digital y modulación mediante el peine espaciotemporal.
• Propagación y guía: El primer subpulso del paquete tiene forma gaussiana y actúa como una estrella guía (Guide-Star) copropagativa para permitir una reconstrucción coherente autorreferenciada.
• Decodificación: Recuperación y lectura de la señal mediante una red de decodificación denominada ST-Net.

Ensayos de transmisión y resistencia a la turbulencia

Durante las evaluaciones experimentales, el dispositivo logró transportar 154 bits digitales mapeados dentro de un solo paquete de ondas. Los científicos validaron la tecnología mediante una transmisión física al aire libre a una distancia de 100 metros en las instalaciones del Observatorio Astronómico de Shanghái.

Asimismo, el equipo realizó pruebas simuladas mediante pantallas de fase que equivalen a condiciones de turbulencia en trayectos de 100 metros, 1 kilómetro y 10 kilómetros. Los resultados demostraron que, si bien la fidelidad del campo local se reduce conforme aumenta la turbulencia, la huella global espaciotemporal-espectral se mantiene recuperable, lo que garantiza la correcta lectura de la información transmitida.