„Negativní světlo“ – pomůcka pro špionáž?

Vědci vyvinuli technologii pro neviditelný přenos informací maskovaných jako tepelné záření pozadí. S využitím jevu zvaného „negativní světlo“ přenesli 100 kb/s (kilobitů za sekundu) dat způsobem, který byl pro vnější pozorovatele zcela nezjistitelný.

Většina metod skrývání dat při přenosu spočívá v jejich ukrytí mezi jiná data nebo v šifrování, které znemožňuje jejich přečtení bez klíče či jiného dešifrovacího prostředku. Nová technika činí zachycení dat téměř nemožným, protože neexistuje žádný náznak toho, že by se vůbec nějaká data odesílala. Pro další zvýšení bezpečnosti lze data rovněž šifrovat tradičními způsoby. Vědecký tým uvedl podrobnosti v článku zveřejněném 5. března v časopise Light: Science & Applications.

Neviditelné tepelné záření

Tento skrytý přenos je možný díky jevu zvanému „negativní světlo“. Využívá infračervené záření, což je pásmo ležící za červeným koncem spektra viditelného světla. Infračervené záření je pouhým okem neviditelné, lze jej však detekovat pomocí termokamer. Vnímáme jej jako teplo sálající z teplých předmětů; všechny objekty totiž v infračervené oblasti slabě září.

Negativní luminiscence, kterou tým využil, dokáže toto záření spíše zeslabit než zesílit. Michael Nielsen, profesor inženýrství na Univerzitě Nového Jižního Walesu v Sydney a hlavní autor studie, přirovnal tento jev k baterce, která by namísto pouhého vypnutí dokázala „promítat tmu“ vůči okolnímu světlu.

Poznámka: Negativní luminiscence

Je to fyzikální jev, při němž elektronické zařízení vyzařuje méně tepelného záření, pokud jím protéká elektrický proud, než v případě tepelné rovnováhy (kdy proud neprotéká). Při pohledu termokamerou se aktivní zařízení vykazující negativní luminiscenci jeví jako chladnější než jeho okolí. Fyzikální podstata: dopadající infračervené záření je v polovodiči pohlcováno za vzniku páru elektron-díra. Pomocí elektrického pole jsou elektrony a díry z dané oblasti odváděny dříve, než stihnou rekombinovat a znovu vyzářit tepelné záření. Tento jev probíhá nejúčinněji v oblastech s nízkou hustotou nábojových nosičů.

Pomocí zařízení zvaných termoradiační diody vytvořil tým vzorce stavů s vyšší či nižší intenzitou záření, než je běžné. Tyto vzorce splývaly s typickým infračerveným „šumem“ pozadí, avšak specializované přijímače je dokázaly interpretovat jako data.

Poznámka: Termoradiační dioda

Jde o optoelektronické zařízení, které vyrábí elektřinu prostřednictvím emise tepelného záření ve střední infračervené oblasti. Zařízení dokáže generovat energii z jakéhokoli teplého povrchu. Odborněji: Termoradiační diody jsou optoelektronická zařízení s nízkou zakázanou zónou (nízkopásmový polovodičový p–n přechod), u kterých je obsazenost valenčního a vodivostního pásu vytvářena radiační výměnou s vnějším prostředím. Teplá dioda, která emituje do chladnějšího okolí, spontánně vyvine zpětné elektrické předpětí, které v kombinaci s rekombinačním proudem z radiační nerovnováhy generuje elektrickou energii. Generuje tedy elektrickou energii tím, že vyzařuje infračervené fotony do chladnějšího okolí; 2. termodynamický zákon (zákon entropie) tím porušen není. Funguje právě opačně než fotovoltaika. Dá se využít pro noční výrobu elektřiny, využití odpadního tepla či pro ukrývání zpráv, jak je popsáno v tomto článku.

Termoradiační diody vznikly v rámci jiného projektu, v němž tým prokázal možnost získávat solární energii i po západu slunce. Tato technologie „noční solární energie“ zachytávala infračervené záření, které Země během dne pohltila a v noci při ochlazování opět vyzařovala. Tým následně využil termoradiační diody k výrobě malého množství energie.

Vědci dokázali přenést 100 kb/s

Ačkoli je tato počáteční přenosová rychlost poměrně nízká, Nielsen uvedl, že lze dosáhnout i vyšších rychlostí. Hlavní překážkou byla dostupnost určité pokročilé elektroniky, kterou tým potřeboval. Podle vyjádření týmu této metodě v zásadě nic nebrání v přenosu dat rychlostí desítek megabitů za sekundu pomocí stávajících zařízení, přičemž s lepším vybavením a zdokonalenou konstrukcí detektorů by se rychlost mohla zvýšit až na gigabity za sekundu.

Vylepšování je na obzoru

Komerční produkt umožňující přenos dat rychlostí v řádu megabitů za sekundu by mohl být realitou již během několika let, uvedl v prohlášení Ned Ekins-Daukes, profesor v oboru fotovoltaiky a obnovitelných zdrojů energie na UNSW a spoluvedoucí výzkumu.

Použitím grafenu – vrstvy atomů uhlíku o tloušťce jediného atomu uspořádaných do struktury včelí plástve – namísto současných polovodičových materiálů v diodách – „bychom potenciálně mohli dosáhnout rychlostí přenosu dat v řádu gigabitů za sekundu, ne-li stovek gigabitů,“ uvedl Ekins-Daukes.

Vyšší úroveň zabezpečení dat by našla uplatnění v celé řadě odvětví, včetně zdravotnictví, obrany, finančnictví a výroby. Nielsen věří, že z průlomového objevu jeho týmu by mohla těžit prakticky jakákoli komunikace vyžadující vyšší stupeň zabezpečení než jaký poskytuje standardní šifrování.

Skutečnou výhodou této techniky je, že samotný signál či akt komunikace zůstávají skryty před vnějším pozorovatelem, pokud ten nedisponuje stejnou technologií, jaká je k zachycení této komunikace zapotřebí.

Zdroje:

Scientists use 'negative light' to send secret messages hidden inside heat | Live Science

Nielsen, M.P., Maier, S.A., Fuhrer, M.S. et al. Balancing positive and negative luminescence for thermoradiative signatureless communications. Light Sci Appl 15, 148 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02119-y