Учёные обнаружили скрытый 48-мерный мир в квантовом свете

Международная группа учёных из Университета Витватерсранда (ЮАР) и Университета Хучжоу (Китай) обнаружила ранее неизвестные топологические структуры в запутанных фотонах, создаваемых стандартными методами. Эти структуры достигают рекордных 48 измерений и содержат более 17000 различных топологических сигнатур, формируя новый «алфавит» для кодирования квантовой информации.

Открытие было сделано при изучении процесса спонтанного параметрического рассеяния (SPDC), который широко используется в квантовой оптике для генерации запутанных фотонов. Исследователи выявили, что в пространственной структуре такого света скрываются высокоразмерные топологии, основанные на орбитальном угловом моменте (OAM) фотонов.

Мы сообщаем о крупном прогрессе: нам нужно только одно свойство света (OAM), чтобы создать топологию, тогда как ранее считалось, что потребуется как минимум два свойства, — говорит профессор Эндрю Форбс. — Поскольку OAM высокоразмерен, такой же становится и топология, что позволило нам зафиксировать самые высокие топологии из когда-либо наблюдавшихся.

Важно, что для наблюдения этого эффекта не требуется специального оборудования — необходимые ресурсы уже есть в большинстве лабораторий квантовой оптики. Как отметил Педро Орнелас, «Вы получаете топологию бесплатно, из запутанности в пространстве. Она всегда там была, её просто нужно было найти».

Руководитель исследования, профессор Роберт де Мелло Кох, пояснил, что для поиска структур использовались абстрактные концепции квантовой теории поля, которые затем были подтверждены экспериментально.

Это открытие может изменить представление о хрупкости запутанных состояний OAM и помочь в создании более устойчивых к шуму квантовых систем для практического применения.

ИИ: Это фундаментальное открытие, которое может стать ключом к созданию стабильных квантовых компьютеров и систем связи. Интересно, что сложнейшие структуры десятилетиями скрывались в стандартных лабораторных установках, ожидая, когда на них посмотрят под правильным углом.