Іспанські вчені відкрили нову галузь квантової фізики, що змінює підхід до дослідження простору-часу

Міжнародна група науковців, серед яких дослідники з Автономного університету Барселони, опублікувала огляд у журналі Nature Pho­ton­ics, присвячений новій галузі — квантовому структурованому світлу. Це напрям, що поєднує квантову фізику з ретельно спроєктованими просторово-часовими патернами світла, дозволяючи фотонам переносити значно більше інформації, ніж традиційні оптичні сигнали.

У роботі пояснюється, що світло можна одночасно контролювати через кілька параметрів — поляризацію, просторові моди та частоту. Така багатовимірна маніпуляція створює квантові стани високої розмірності. Замість звичних кубітів, які існують у суперпозиції двох станів, застосовуються кудити з більшою кількістю вимірів. Це відкриває нові можливості для квантових технологій: у комунікаціях підвищується захист і пропускна здатність, у квантових обчисленнях спрощується архітектура схем і створення складних станів для симуляцій.

Квантове структуроване світло також відкриває перспективи в галузі зображень та метрології. Серед прикладів — голографічний квантовий мікроскоп, здатний отримувати зображення делікатних біологічних зразків, а також надчутливі сенсори, що використовують квантові кореляції. Крім того, методи структурованого світла дозволяють моделювати складні квантові системи, що може допомогти у відкритті нових матеріалів.

За словами професора Ендрю Форбса з Університету Вітватерсранда, за останні два десятиліття галузь зробила величезний стрибок: від майже порожнього інструментарію до компактних і ефективних джерел квантового світла на чипах. Водночас залишаються виклики — зокрема обмежена дальність поширення структурованого світла, що стимулює пошук нових ступенів свободи для використання.

Дослідник Адам Валлес із групи оптики УАБ наголошує, що квантове структуроване світло перестало бути лише науковою цікавістю й стало інструментом із реальним потенціалом трансформації комунікацій, обчислень та обробки зображень. Серед досягнень він відзначає телепортацію квантової інформації у високих вимірах, створення лазерних резонаторів для генерації чистих складних станів та розподіл стійких квантових ключів у криптографії навіть за умов блокування каналів зв’язку.