اكتشف باحثون من جامعة ويتواترسراند في جنوب إفريقيا وجامعة هوتشو هياكل طوبولوجية خفية في فوتونات متشابكة، تصل إلى 48 بعداً. وتنبثق هذه الأنماط من الزخم الزاوي المداري للضوء المنتج عبر التحويل الهابط البارامتري التلقائي. وتشير النتائج، التي نُشرت في دورية Nature Communications، إلى طرق جديدة لترميز المعلومات الكمية.
حدد علماء من جامعة ويتواترسراند (Wits) في جنوب إفريقيا، بالتعاون مع باحثين من جامعة هوتشو، هياكل طوبولوجية لم تكن مرئية من قبل في فوتونات متشابكة ناتجة عن التحويل الهابط البارامتري التلقائي (SPDC)، وهي تقنية شائعة في البصريات الكمية. تمتد هذه الهياكل لتصل إلى 48 بعداً وتتضمن أكثر من 17,000 بصمة طوبولوجية مميزة، مما يشكل "أبجدية" جديدة لترميز المعلومات الكمية المستقرة. يعتمد هذا الاكتشاف حصرياً على الزخم الزاوي المداري (OAM) للضوء، متحدياً الافتراضات السابقة التي كانت تشير إلى ضرورة وجود خصائص متعددة مثل الزخم الزاوي المداري والاستقطاب لتكوين مثل هذه الطوبولوجيات. صرح البروفيسور أندرو فوربس من كلية الفيزياء بجامعة ويتواترسراند قائلاً: "نعلن عن تقدم كبير في هذا العمل: فنحن نحتاج فقط إلى خاصية واحدة للضوء (الزخم الزاوي المداري) لإنشاء طوبولوجيا، في حين كان يُفترض سابقاً أن هناك حاجة إلى خاصيتين على الأقل، عادة ما تكون الزخم الزاوي المداري والاستقطاب. والنتيجة هي أنه بما أن الزخم الزاوي المداري عالي الأبعاد، فإن الطوبولوجيا كذلك، مما سمح لنا بالإبلاغ عن أعلى طوبولوجيات تمت ملاحظتها على الإطلاق". وبخلاف الأنظمة الأبسط، تتطلب هذه الطوبولوجيات التي تتجاوز البعدين مجموعة من القيم لوصفها. وأشار بيدرو أورنيلاس: "إنك تحصل على الطوبولوجيا مجاناً من التشابك في الفضاء. لقد كانت موجودة دائماً، وكان علينا فقط العثور عليها". وأوضح المؤلف الرئيسي البروفيسور روبرت دي ميلو كوخ من جامعة هوتشو: "في الأبعاد العالية، ليس من الواضح تماماً أين يجب البحث عن الطوبولوجيا. لقد استخدمنا مفاهيم مجردة من نظرية المجال الكمي للتنبؤ بمكان البحث وما يجب البحث عنه، ووجدناه في التجربة!". هذا التأثير يمكن الوصول إليه في معظم مختبرات البصريات الكمية دون الحاجة إلى معدات متخصصة. تظهر الدراسة، التي تحمل عنوان 'كشف الطبيعة الطوبولوجية لحالات الزخم الزاوي المداري المتشابكة للضوء'، في دورية Nature Communications (2025؛ 16(1)؛ DOI: 10.1038/s41467-025-66066-3)، بمشاركة المؤلفين روبرت دي ميلو كوخ، وبيدرو أورنيلاس، ونيلان غوندن، وبو-كيانغ لو، وإسحاق نابي، وأندرو فوربس.