科学家发现量子光中藏着一个48维的“隐形世界”

目前大多数量子光学实验室都用‘自发参量下转换’（SPDC）技术产生纠缠光子。该过程天然导致光在空间分布上的纠缠，而研究人员从中发现了一个此前被忽略的深层规律：这种空间纠缠本身蕴含着丰富的高维拓扑结构。他们以光的轨道角动量（OAM）为突破口——OAM可取大量不同值，从简单的二维状态扩展到极高维度，因此能承载远超以往认知的复杂结构。研究发表于《自然·通讯》，关键突破在于：过去认为必须同时依赖至少两个光学性质（如OAM和偏振）才能揭示拓扑特征，而本次实验证明，单靠OAM这一个性质就足以直接呈现内在拓扑——且因其维度不受限，所对应的拓扑结构也是迄今观测到的最高维。值得注意的是，当维度超过二维时，拓扑特征不能再用一个数字描述，而需一组数值共同刻画，反映出比传统光学系统更丰富、更复杂的本质。更令人惊喜的是，这一现象其实‘一直就在眼前’：所有所需实验条件（普通纠缠光源、标准OAM测量装置）在多数量子光学实验室中早已具备，无需定制设备或专门工程师。正如研究者所说：‘拓扑结构是空间纠缠自带的‘赠品’，它始终存在，只是等待被发现。’理论方面，团队借助量子场论中的抽象工具，精准预测了高维拓扑可能出现的位置与形式，并在实验中成功验证。长远来看，虽然OAM纠缠过去常被认为易受干扰，但此次从拓扑视角重新理解它，有望将其转化为一种更鲁棒的量子资源，为发展实用化、抗噪声的量子通信、计算与传感技术铺平道路。