Научные изыскания позволяют нам не только лучше понимать окружающий наш мир, но и контролировать некоторые процессы и явления. За долгие годы исследований и экспериментов мы научились менять свойства материалов, манипулировать электромагнитными полями, видеть далекие планеты и звезды, разбирать по кирпичикам клетки и многое другое. Некоторые новообретенные умения сильно удивили бы ученых прошлого.

Одним из таких умений является возможность менять форму луча света. Но как это применить на практике? Ученые из Оттавского университета (Оттава, США) предложили создать обрамленный оптический узел, который можно использовать для хранения и кодирования информации. Как ученые завязывали луч света в узел, каковы свойства такой структуры и насколько безопасно хранить данные на оптических узлах? На эти и другие вопросы мы найдем ответы в докладе ученых.

Основа исследования

Любой моряк, дайвер или альпинист скажет, что правильный узел может спасти жизнь. Мастера макраме превратили узлы в настоящее искусство. А тайна наушников, самостоятельно запутывающихся в узлы, до сих пор остается не раскрыта.

Как мы прекрасно знаем, любой объект или процесс поддается математическому описанию, и узлы не исключение. С точки зрения математики, узел это вложение окружности в трехмерное евклидово пространство.

Типы простых узлов.

Математическая классификация узлов достаточно обширна (трилистник, печать Соломона, узел Листинга и т.д.). В данном же исследовании был задействован особый вид узлов — обрамленный. Такой узел создается из плоской ленты. Грубо говоря, это своего рода запутанная лента Мебиуса.

Вторым компонентом исследования, естественно, был свет, а именно структурированный свет, представляющий собой оптическое поле с определенными пространственными и временными особенностями, которые можно менять. Как напоминают ученые, создание таких структур в основном опирается на концепции, связанные с сингулярной оптикой, т.е. изучение неоднородностей в оптических волновых полях. Неоднородности, которые можно найти в оптических фазах или в поляризации, именуются оптическими сингулярностями. Их можно использовать для создания оптических лучей разной сложности: от лучей с единственной сингулярностью до волновых полей, образующих топологические полосы и узлы.

К числу последних как раз и относится ранее упомянутая лента Мебиуса, а также разные типы узлов. Проблема в том, что подобные структуры часто рассматриваются как двумерные, нежели трехмерные, т.е. как оптические лучи с единственной сингулярностью.

В рассматриваемом нами сегодня исследовании ученые решили исправить этот недочет, экспериментально продемонстрировав генерацию и работу структур в волновых полях оптической поляризации, образующих обрамленные узлы. Кроме того, созданные узлы были использованы для кодирования топологической информации посредством совместного использования факторизации простых чисел и собственных топологических инвариантов узлов.