Физики из Хайфского Техниона сделали значительный шаг в изучении квантовых явлений, впервые за последние два десятилетия зафиксировав новый тип запутанности фотонов - теперь на уровне их полного углового момента. Результаты исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Nature и уже привлекли внимание международного научного сообщества.

Квантовая запутанность остаётся одним из самых загадочных и перспективных явлений современной физики. Она лежит в основе будущих технологий в сфере квантовой передачи данных, шифрования и вычислений.

До сих пор запутанность успешно демонстрировалась для различных параметров частиц, включая фотонные частоты, направление распространения и поляризацию. Однако израильским учёным удалось расширить границы возможного, впервые зафиксировав запутанность в полном угловом моменте фотонов - свойстве, сочетающем сразу несколько характеристик движения света.

Чтобы понять значимость открытия, стоит обратиться к аналогии. Представьте вращение Земли: она одновременно вращается вокруг своей оси и движется по орбите вокруг Солнца. Аналогичным образом и фотон обладает внутренним спином (похожим на вращение вокруг своей оси) и орбитальным моментом - результатом его пространственного движения. Учёные обнаружили, что в определённых условиях эти два типа вращения у фотона неразделимы и сливаются в единый параметр – полный угловой момент.

Для проведения эксперимента учёные использовали наноструктуру, толщина которой в тысячу раз меньше человеческого волоса. Они поместили в неё фотоны и зафиксировали, что при взаимодействии со сверхмалыми объектами свет теряет возможность различать спин и орбитальное движение по отдельности. Вместо этого он ведёт себя как единое целое, и именно это новое квантовое состояние удалось "запутать".

В серии опытов исследователи тщательно проследили путь фотонов от момента входа в наноструктуру до регистрации их состояния в измерительной установке. Сопоставив данные для пар частиц, учёные подтвердили наличие характерных признаков квантовой запутанности, связанной с их полным угловым моментом.

Это открытие открывает перед наукой новые горизонты. Становится возможным создание фотонных чипов, в которых обработка и передача информации будет осуществляться с использованием запутанных состояний полного углового момента.

Такие технологии могут существенно повысить надёжность квантовой связи, улучшить её устойчивость к внешним помехам и снизить энергопотребление. Таким образом, работа учёных Техниона не только обогащает фундаментальное понимание природы света, но и подводит науку ещё на шаг ближе к практическому внедрению квантовых технологий следующего поколения.