來自南非威特沃特斯蘭德大學的科學家與湖州大學的合作者合作。在量子光學中使用最廣泛的工具之一中發現了一個令人驚訝的特徵。他們發現產生糾纏光子的標準方法可能包含前所未見的拓樸結構。在實驗中，這些結構跨越 48 個維度，包含超過 17,000 個不同的拓撲特徵，為穩定的量子資訊編碼創建了一個新的「字母表」。
在大多數量子光學實驗室中，糾纏光子是使用一種稱為自發參數變換（SPDC）的技術創建的。這個過程自然會導致光的空間屬性的糾纏。研究人員發現，在這個空間結構中存在一個高維拓撲的隱藏區域。這些複雜的格式可以提供儲存和保護資料的新方法。它可能使量子系統更能抵抗雜訊。
該團隊利用光的軌道角動量（OAM）來展示了這種效應，它可以跨越簡單的二維情況到非常高的維度。這種靈活性允許比以前已知的更豐富的結構。
拓撲由單一屬性形成。
研究結果發表於 大自然交流結果表明，兩個糾纏光子的 OAM 測量揭示了內部結構。這是糾纏本身的基本特徵，因為OAM可以接受無限的值。因此，相關拓撲可以擴展到非常高的維度。
「我們報告了這項工作的重大進展：我們只需要光的一個特徵（OAM）來創建拓撲。但之前人們認為至少需要兩個屬性，通常是 OAM 和偏振，」威斯物理學院的安德魯福布斯教授說。 “結果是，因為 OAM 是高維的，所以拓撲也是高維的。這使我們能夠報告有史以來最高的拓撲。”
研究人員還發現，當拓樸結構超出二維時，它就不再能夠僅用單一數字來描述。但需要一定範圍的拓樸值。這反映了比標準光學系統更完整、更複雜的結構。
隱藏在眾目睽睽之下的發現
這一發展最引人注目的方面之一是它的便利性。大多數量子光學實驗室已經具備必要的資源。這意味著沒有特殊設備或「量子工程師」可以利用這種效應
Pedro Cornellas 解釋道：“你可以得到不受空間糾纏的拓撲結構。它總是在那裡。你只需要找到它。”
以理論為指導，以實驗證實。
湖州大學的主要作者羅伯特·德梅洛·科赫教授表示，識別這些結構並不簡單：“在高維中，並不清楚在哪裡尋找拓撲。我們使用量子場論中的抽象概念來預測在哪裡尋找以及尋找什麼 – 並且在實驗中找到了它！”
邁向更強大的量子技術
儘管軌道角動量的糾纏已被廣泛探索，但它通常被認為是脆弱的。現在研究人員認為，透過拓樸透鏡觀察它可以改變這種觀點。透過利用這些新發現的結構，科學家也許能夠開發出更可靠的量子系統。它打開了現實世界中實際應用的大門。
