Pesquisadores da Universidade de Witwatersrand, na África do Sul, e da Universidade de Huzhou descobriram estruturas topológicas ocultas em fótons emaranhados, atingindo até 48 dimensões. Esses padrões emergem do momento angular orbital da luz produzida por meio de conversão paramétrica descendente espontânea. As descobertas, publicadas na Nature Communications, sugerem novas maneiras de codificar informações quânticas.
Cientistas da Universidade de Witwatersrand (Wits), na África do Sul, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Huzhou, identificaram estruturas topológicas anteriormente invisíveis em fótons emaranhados gerados por conversão paramétrica descendente espontânea (SPDC), uma técnica comum de óptica quântica. Essas estruturas estendem-se a 48 dimensões e incluem mais de 17.000 assinaturas topológicas distintas, formando um novo 'alfabeto' para a codificação estável de informações quânticas. A descoberta baseia-se exclusivamente no momento angular orbital (OAM) da luz, desafiando suposições anteriores de que múltiplas propriedades, como OAM e polarização, seriam necessárias para tais topologias. O professor Andrew Forbes, da Escola de Física da Wits, afirmou: 'Relatamos um grande avanço neste trabalho: precisamos apenas de uma propriedade da luz (OAM) para criar uma topologia, enquanto anteriormente presumia-se que pelo menos duas propriedades seriam necessárias — geralmente OAM e polarização. A consequência é que, como o OAM é de alta dimensão, a topologia também o é, e isso nos permitiu relatar as topologias mais altas já observadas.' Além de duas dimensões, essas topologias exigem uma série de valores para serem descritas, ao contrário de sistemas mais simples. Pedro Ornelas observou: 'Você obtém a topologia de graça, a partir do emaranhamento no espaço. Ela sempre esteve lá, só precisava ser encontrada.' O autor principal, prof. Robert de Mello Koch, da Universidade de Huzhou, explicou: 'Em altas dimensões, não é tão óbvio onde procurar a topologia. Usamos noções abstratas da teoria quântica de campos para prever onde procurar e o que procurar — e a encontramos no experimento!' O efeito é acessível na maioria dos laboratórios de óptica quântica sem equipamentos especializados. O estudo, intitulado 'Revealing the topological nature of entangled orbital angular momentum states of light', aparece na Nature Communications (2025; 16(1); DOI: 10.1038/s41467-025-66066-3), com os autores Robert de Mello Koch, Pedro Ornelas, Neelan Gounden, Bo-Qiang Lu, Isaac Nape e Andrew Forbes.
