Вчені встановили нові рекорди за допомогою променів “закрученого” світла

Властивості, якими володіє світло, що складається з безлічі крихітних часток, фотонів, знову і знову не перестають дивувати вчених. Наприклад, відомо, що променю світла можна надати закручену форму, завдяки чому він буде нагадувати гвинт або штопор.

Фотони закрученого променя світла, згідно з поясненням Антона Цайлінгер (Anton Zeilinger), відомого квантового фізика з Віденського університету, мають велике число квантових параметрів, так званим квантовим числом, ніж фотони звичайного лінійного променя. І, за допомогою закручених променів лазерного світла фізики з Віденського науково-технічного квантового центру (Vienna Center for Quantum Science and Technology, VCQ) та Інституту квантової оптики і квантової інформації (Institute of Quantum Optics and Quantum Information Vienna, IQOQI Vienna) встановили два нових рекорду, по дальності передачі квантової інформації та за величиною значення квантового числа.

В теорії, фотон закрученого світла може нести як завгодно велику кількість інформації. У лабораторних умовах за допомогою променів закрученого світла вже були досягнуті швидкості передачі інформації порядку 100 терабіт в секунду. Однак, технології такої передачі, здатні працювати в звичайному довкіллі, знаходяться ще під “дитячому віці”. Дальність передачі інформації за допомогою закручених променів світла по повітрю, що потрібно для організації високошвидкісного зв’язку з супутниками, наприклад, до цих пір була обмежена трьома кілометрами.

Під час нових досліджень група Антона Цайлінгер і Маріо Крену (Mario Krenn) показала, що інформація, закодована в фотонах променя закрученого світла, може бути відновлена після того, як промінь пройде по повітрю дистанцію, що перевищує 100 кілометрів. Експеримент був проведений на двох з Канарських островів, які розділяє відстань у 143 кілометри. Повідомлення “Hello, World!” було закодовано в промені зеленого лазера за допомогою оптичної голограми, а штучна нейронна мережа, пов’язана з прийомним пристроєм на іншому кінці, успішно впоралася із завданням корекції помилок і розшифровки надісланого повідомлення.

Група Антона Цайлінгер, працюючи разом з групою Пінг Кой Лема (Ping Koy Lam ) з Канберри, Австралія, займалася дослідженнями питання, наскільки сильно можна закрутити єдиний фотон світла, перетворюючи його на подобу гвинта шурупа-саморіза. Для цього була використана нова технологія закручування, розроблена австралійськими вченими, основою якої є так звані спіральні фазові дзеркала, що дозволяють дуже сильно “закрутити” фотони, надаючи їм велике значення квантового числа. І в останніх експериментах вченим вдалося отримати фотони, значення квантового числа яких становило 10 тисяч, в сто раз більше, ніж було отримано в попередніх експериментах.

Все це було досягнуто за рахунок використання явища квантової заплутаності між парою фотонів. Один із заплутаних фотонів закручується за допомогою вищезазначених спіральних дзеркал, при цьому другий з фотонів також отримував велике значення квантового числа і не відбувалося порушення квантової заплутаності. Цей експеримент став доказом того, що явище квантової заплутаності продовжує діяти і щодо часток, що мають квантове число , що виражається значенням, що складається з п’яти цифр. І це поклало край сумнівам вчених, які раніше вважали таке неможливим і які відразу почали думати про можливість використання результатів своїх експериментів в практичних цілях.

І на завершення слід зазначити, що обидва встановлених вченим рекорду робилися зовсім не заради встановлення цих рекордів. Все це говорить про те, що в даному напрямку науки вже досягнуто певних успіхів і даний напрямок продовжує розвиватися досить високими темпами, поступово прокладаючи шлях новим технологіям, які зможуть докорінно змінити наше життя в далекому чи не дуже далекому майбутньому.