Ученые из Университета Тампере впервые экспериментально проверили, как работает закон сохранения углового момента при распаде одиночного фотона. Это открытие может изменить подход к созданию квантовых компьютеров и оптических сенсоров. Рассказываем, почему эксперимент важен и к каким технологиям он приведет.
Что такое угловой момент у света
У фотона, как и у волчка, есть вращательный импульс — угловой момент. Ранее его изучали в пучках света, но не для отдельных частиц. Команда Тампере создала установку, где лазерный луч разделялся на два канала. При прохождении через кристалл один фотон распадался на пару с запутанными спинами. Измерения показали: суммарный угловой момент до и после распада совпадал с погрешностью 0,5%.
Как проводился эксперимент
Ключевые этапы:
- Генерация одиночных фотонов через лазерную накачку
- Пропускание через нелинейный кристалл BBO
- Фиксация параметров пары детекторами с угловой разрешающей способностью 0,01 радиана
- Сравнение данных с теоретическими расчетами
Для точности измерений пришлось экранировать установку от вибраций и фонового излучения. Даже магнитное поле Земли могло исказить результаты.
Практическое применение
Открытие позволит создавать:
- Квантовые биты с повышенной стабильностью
- Сенсоры для обнаружения микродеформаций в материалах
- Новые типы оптических коммутаторов
Например, в медицине это поможет разработать томографы, определяющие вращение молекул в тканях. В вычислениях — увеличить плотность хранения данных за счет кодирования информации в спине фотонов.
Почему это прорыв
Ранее закон сохранялся только в теории. Эксперимент подтвердил его на квантовом уровне, что открывает путь к манипуляции угловым моментом света. Это важно для квантовой криптографии: взлом системы станет сложнее, если ключ шифрования зависит от спина фотонов. Уже в 2027 году ожидается коммерческий выпуск сенсоров на основе этой технологии.
Исследование напоминает, что даже базовые законы физики нуждаются в проверке. Каждое подтверждение теории приближает к новым изобретениям. Возможно, через десять лет мы будем использовать устройства, работающие на принципах, которые сегодня изучают в лабораториях. А пока ученые Тампере заложили кирпич в фундамент будущих технологий.