Vědci odhalili skrytý 48rozměrný svět v kvantovém světle, který může změnit ukládání informací

Vědci z University of the Witwatersrand v Jihoafrické republice ve spolupráci s kolegy z Huzhou University v Číně učinili překvapivý objev v oblasti kvantové optiky. Zjistili, že běžné metody pro vytváření provázaných fotonů mohou obsahovat dosud neviděné topologické struktury.

Vědci z University of the Witwatersrand v Jihoafrické republice ve spolupráci s kolegy z Huzhou University v Číně učinili překvapivý objev v oblasti kvantové optiky. Zjistili, že běžné metody pro vytváření provázaných fotonů mohou obsahovat dosud neviděné topologické struktury. V jejich experimentech tyto struktury dosáhly rekordních 48 dimenzí a zahrnovaly více než 17 000 odlišných topologických podpisů.

Tento objev vytváří rozsáhlou novou „abecedu“ pro kódování stabilních kvantových informací. Tyto složité vzory by mohly poskytnout nové způsoby ukládání a ochrany informací, což by potenciálně zvýšilo odolnost kvantových systémů vůči šumu. Tým demonstroval tento efekt s využitím orbitálního úhlového momentu (OAM) světla, který může sahat od jednoduchých dvourozměrných případů až po extrémně vysoké dimenze, což umožňuje mnohem bohatší struktury, než se dříve předpokládalo.

Zjištění, publikovaná v časopise Nature Communications, ukazují, že měření OAM dvou provázaných fotonů odhaluje vnitřní topologii, která je základní vlastností samotného provázání. Profesor Andrew Forbes z Wits School of Physics zdůraznil, že jde o významný pokrok, protože k vytvoření topologie je potřeba pouze jedna vlastnost světla (OAM), zatímco dříve se předpokládalo, že jsou potřeba alespoň dvě vlastnosti – obvykle OAM a polarizace. Vzhledem k tomu, že OAM je vysokodimenzionální, je vysokodimenzionální i výsledná topologie, což umožnilo pozorovat nejvyšší topologie, jaké kdy byly zaznamenány.

Výzkumníci také zjistili, že jakmile topologie přesáhne dvě dimenze, nelze ji již popsat jediným číslem. Místo toho je zapotřebí celá řada topologických hodnot, což odráží mnohem bohatší a složitější strukturu než u standardních optických systémů. Jedním z nejpozoruhodnějších aspektů tohoto průlomu je jeho dostupnost. Potřebné zdroje jsou již přítomny ve většině kvantových optických laboratoří, což znamená, že k využití tohoto efektu není potřeba žádné specializované vybavení ani „kvantový inženýr“. Jak vysvětlil Pedro Ornelas, tato topologie byla vždy přítomna v provázání v prostoru, jen ji bylo třeba objevit. Identifikace těchto struktur nebyla jednoduchá; tým použil abstraktní pojmy z kvantové teorie pole k předpovědi, kde a co hledat, a následně to potvrdil experimentem.