Розкрито надскладну топологію у квантовій заплутаності: 48 вимірів та 17 000 патернів

Спільна дослідницька група, що складається з науковців Університету Вітватерсранда (Wits) у Південній Африці та Хучжоуського університету в Китаї, здійснила проривне відкриття. Вони виявили несподівано багату внутрішню структуру у стандартній формі квантової заплутаності. Результати цього дослідження, опубліковані у престижному виданні Nature Communications, мають фундаментальне значення для подальшого розвитку квантових технологій. Це свідчить про те, що навіть рутинні методи генерації заплутаності приховують надзвичайно складний багатовимірний ландшафт.

Основна увага вчених була зосереджена на заплутаному світлі, яке генерується за допомогою процесу спонтанного параметричного розсіювання (СПР). Дослідники детально аналізували властивість світла, відому як орбітальний кутовий момент (ОКМ). Ключові кількісні показники цього відкриття вражають: було зафіксовано заплутаність, розподілену аж по 48 вимірах. Крім того, вчені ідентифікували понад 17 000 різних топологічних патернів. Це число на сьогодні є найвищим показником топологічних патернів, будь-коли зареєстрованих у будь-якій фізичній системі, що підкреслює безпрецедентну глибину складності.

Науковці надали вагомі докази того, що лише орбітальний кутовий момент (ОКМ) є достатнім для прояву такої складної топології. Це спростовує попередні припущення, які наголошували на необхідності поєднання кількох світлових властивостей, наприклад, ОКМ разом із поляризацією. Професор Ендрю Форбс зі Школи фізики Wits, який був одним із ключових учасників цієї міжнародної команди, зазначив, що топологія є надзвичайно потужним ресурсом для кодування інформації. Причина полягає в її внутрішній інваріантності до зовнішнього шуму, що є справжнім подарунком для інженерії.

Це відкриття має прямі та негайні наслідки для створення більш стійких систем квантового зв'язку та обчислень. Провідний автор роботи, професор Роберт де Мелло Кох з Хучжоуського університету, наголосив на тому, що ця складна топологія виникає «безкоштовно» безпосередньо з просторової заплутаності. Такий факт значно знижує поріг входу для практичного застосування високорозмірного кодування, роблячи його доступнішим для ширшого кола дослідників.

Для того, щоб підтвердити свої теоретичні розрахунки, команда застосувала абстрактні концепції з квантової теорії поля. Це дозволило їм точно визначити, де саме слід шукати цю топологію та які специфічні сигнатури очікувати. Усі теоретичні передбачення були згодом підтверджені серією ретельних експериментальних вимірювань. Таким чином, поєднання теоретичної майстерності та експериментальної точності привело до цього значного прориву.