物理学家创造可以传输大量数据的“光飓风”
摘要：
现代生活在很大程度上依赖于将信息编码到传递工具中。一种常用的方法是用激光对数据进行编码，然后通过光缆发送。对于不断增长的信息容量需求，我们需要持续寻找更好的编码方式。
芬兰阿尔托大学（Aalto University）应用物理系的一个研究小组发现了一种新的方法来制造微小的光飓风——科学家们称之为漩涡——可以用它来携带信息。该方法基于操纵与电场相互作用的金属纳米颗粒。这种设计方法利用准晶体的几何形状。这一发现标志着物理学的一次重大进步，可能带来全新的信息传输方式。
以往的物理学研究已将漩涡结构的对称性与漩涡类型联系起来。例如，如果纳米级的粒子排列成正方形，产生的光就会有一个单一的漩涡；六边形产生双涡，以此类推。更复杂的漩涡至少需要八角形。
现在，研究小组发现了一种方法，可以创造在理论上支持任意类型涡旋的几何形状。
在他们的研究中，研究小组操纵了10万个金属纳米粒子，每个纳米粒子的大小大约是一根人类头发的百分之一，以创造出他们独特的设计。这种方法的关键在于找到粒子与期望电场相互作用最小的位置，而非最大的位置。
这一发现在非常活跃的光拓扑研究领域开辟了丰富的未来研究。它还代表了在需要光进行编码信息传输的领域（如电信）中，一个强大传输方式的初期阶段。
研究人员解释称，我们可以通过光纤电缆传送这些漩涡，并在目的地打开它们。这将使我们能够将信息存储在更小的空间中，并一次传输更多的信息。乐观估计是，这种方法可以达到目前光纤传输信息量的8到16倍。
该小组在其开创性研究中使用了用于纳米、微米和量子技术的太田纳米研究基础设施。
该研究成果于11月初发表在《自然-通讯》上： https://www.nature.com/articles/s41467-024-53952-5
