Фотоны, существующие в различных квантовых состояниях, могут нести информацию не только в рамках модели «есть сигнал (1) — нет сигнала (0)». Они способны находиться во множестве состояний, что теоретически позволяет не только применять их в квантовых компьютерах, но и передавать с их помощью гораздо больше информации, нежели традиционными методами.

В данном случае британские учёные попытались использовать способ передачи информации, который основан на вихревых пучках, несущих ненулевой орбитальный угловой момент. Если у обычной плоской волны поверхности постоянной фазы напоминают «листы» с зазорами между ними, то у «оптических вихрей» поверхность становится спиралевидной.

Чтобы принять такую волну, сталкивающийся с ней объект получает её момент импульса и преобразует его — к примеру, в собственное вращение.

Рис. 1. Такое кремниевое кольцо может выпускаться серийно на уже имеющихся технологиях. Теперь для готового передатчика осталось лишь разработать эффективный приёмник. (Здесь и ниже фото Michael J. Strain).

Син Лунь Цай из Бристольского университета и его коллеги создали спиралевидные состояния с различными орбитальными угловыми моментами в кольце из кремния, имеющем диаметр 8 мкм. Внутренности кольца содержали неровности, преломляющие свет и вызывающие интерференцию. Благодаря кольцевидной форме микроприбора интерференция приводит к посылке световой волны перпендикулярно плоскости кольца — «вверх».

Рис. 2.

Затем экспериментаторы сочетали свет от различных колец, получив при этом ряд дополнительных форм волн. Уже сейчас созданные микроустройства можно использовать для передачи информации, считают физики, хотя такие факторы, как абсорбция света в оптоволокне и рассеивание в атмосферном воздухе, способны помешать безошибочному приёму информации, передаваемой при помощи несущих ненулевой орбитальный угловой момент вихревых пучков.

В то же время эксперимент, показавший возможность производства вихревых пучков в неограниченных количествах, доказывает как минимум практическую осуществимость ранее рассматривавшейся лишь теоретически передачи информации этим способом.

Соответствующее исследование опубликовано в журнале Science.`