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Datenübertragung: Verdrehtes Laserlicht für gewaltige Datenmengen

Mit korkenzieherartig verdrehtem Licht ließen sich enorme Datenmengen übertragen - doch atmosphärische Turbulenzen machen jedes Signal zunichte. Oder doch nicht?
Ein grüner Laser über Wien

Ein grüner Laser über den Hausdächern von Wien hat dabei geholfen, die Porträts von Mozart, Erwin Schrödinger und Ludwig Boltzmann zu übertragen – an und für sich keine spektakuläre Leistung, zumal die Bilder auch ziemlich grobpixelig waren. Tatsächlich jedoch stellt die drei Kilometer weite Datenübertragung einen Rekord dar, denn die Informationen im Laserstrahl wurden durch den Bahndrehimpuls des Lichts kodiert. Mit diesem "Korkenzieher-Verfahren" könnte man bis zu 2,5 Terabits pro Sekunde übertragen. Bislang hatten Wissenschaftler jedoch bezweifelt, dass die Muster die Passage durch eine turbulente Atmosphäre überstehen würden.

Mozart in Graustufen
Mozart in Graustufen | Die Konterfeis berühmter Österreicher, neben dem Komponisten auch die Physiker Schrödinger und Boltzmann, wurden ausgesucht, um die Übertragung alltagsnaher Daten zu erproben.

Mit Hilfe von selbstlernenden Detektoren gelang es den Wissenschaftlern um Mario Krenn von der Fakultät für Physik der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) nun allerdings doch. Die erreichte Datenrate bei ihrer Machbarkeitsstudie war allerdings noch extrem gering. Sie prägten dem Lichtstrahl pro Zeiteinheit eines von 16 Mustern auf, die für jeweils einen Grauwert standen und rasterten damit das zu übertragende Foto ab.

Seinen Namen hat die Methode nach der spiralförmigen Verdrillung des Lichts mit Hilfe von Flüssigkristallen. Dabei wird die Phase der Lichtwelle verschoben. Es lassen sich theoretisch unendlich viele Muster erzeugen, die einander nicht beeinflussen. Das Potenzial dieses Verfahren versuchten Forscher bislang durch Übertragung in Glasfaserkabeln zu realisieren. Im vergangenen Jahr gelang es beispielsweise dem Forscher Alan Willner von der University of Southern California in Los Angeles mit vier verschiedenen Mustern ("Moden") 400 Gigabit pro Sekunde durch ein Glasfaserkabel zu leiten. Die Wiener Forscher haben es jedoch eher auf einen Einsatz der Technologie in der Satellitenkommunikation abgesehen. Nach ihren Berechnungen entsprechen die atmosphärischen Störungen auf dem Weg ins All in etwa einer Passage von sechs Kilometer Luft auf Meereshöhe. Folglich müssen sie ihre maximale Übertragungsdistanz noch verdoppeln, um den Weltraum zu erreichen.

© New Journal of Physics/IOP Publishing
Video des Experiments

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