Фізики зафіксували унікальну квантову структуру у сорока восьми вимірах

Фізики зробили несподіване відкриття у сфері квантової оптики: науковці знайшли приховану топологічну структуру у світлі, яке використовується для створення заплутаних фотонів. Йдеться про процес SPDC (spon­ta­neous para­met­ric down­con­ver­sion), що є одним із найпоширеніших джерел квантової заплутаності. Дослідження провели науковці з Університету Вітватерсранда (ПАР) та Хучжоуського університету (Китай).

Виявилося, що у просторових властивостях такого світла приховані багатовимірні топологічні патерни. Команда зафіксувала рекордну структуру — аж у 48 вимірах і з понад 17 тисячами окремих «сигнатур». Це відкриття може стати основою для нового способу кодування квантової інформації, який буде стійкішим до шуму та прешкод.

Приклади квантових топологій, показані у вигляді векторних текстур на сфері. Джерело: Університет Вітса

Ключем до цього стала властивість світла, відома як орбітальний кутовий момент (OAM). Вчені показали, що саме вона достатня для побудови складних топологічних структур. Раніше вважалося, що для цього потрібно комбінувати кілька параметрів, наприклад OAM і поляризацію.

Приклади квантових топологій, показані у вигляді векторних текстур на сфері. Джерело: Університет Вітса

Практична цінність відкриття полягає в тому, що для експериментів не потрібні нові установки — усе необхідне обладнання вже є у багатьох лабораторіях квантової оптики. Як пояснюють автори, топологія фактично «завжди була присутня» у заплутаності, але її потрібно було правильно знайти.

Науковці вважають, що новий підхід до аналізу заплутаності через топологію може допомогти подолати головну проблему квантових технологій — крихкість квантових станів. Це відкриває шлях до створення більш стабільних квантових систем, які зможуть працювати поза межами лабораторій і наблизити практичне застосування квантових комунікацій та обчислень.