Канадские учёные завязали свет узлом, чтобы шифровать информацию

Исследователи из Оттавского университета (uOttawa) в сотрудничестве с израильскими учеными впервые в мире смогли создать в лаборатории оптические узлы (framed knots), которые могут быть применены в современных технологиях. Группа недавно опубликовала полученные результаты в журнале Nature Communications.

Framed knot, это узел, обрамлённый по всей длине гладким семейством перпендикулярных ненулевых векторов.

«Возьмите узкую полоску бумаги и попробуйте завязать узел, — пояснил первый автор статьи, Хуго Ларок (Hugo Larocque), выпускник uOttawa и нынешний аспирант Массачусетского технологического института. — Получившийся объект называется обрамлённым узлом и имеет очень интересные и важные математические свойства».

После нескольких попыток канадской группе удалось создать подобную ленточную структуру из оптического луча используя методы манипулирования векторной природой света.

«Изменяя направление колебаний светового поля вдоль «необрамлённого» оптического узла, мы смогли назначить ему кайму, «склеив» вместе линии, очерченные этими колеблющимися полями», — рассказал Ларок.

Полученные сложные 3D-структуры были впервые использованы для разработки новых методов распространения секретных криптографических ключей.

«Современные технологии дают нам возможность с высокой точностью манипулировать различными параметрами, характеризующими световой луч, такими как интенсивность, фаза, длина волны и поляризация. Наша работа открывает путь к использованию для распределения секретных криптоключей более сложных топологических структур, скрытых при распространении лазерного луча», — отметил Ларок.

Структурные особенности этих объектов, такие как количество витков ориентации ленты, в сочетании с факторизацией простых чисел могут использоваться для программ квантовой обработки информации. Кроме того, большой интерес вызывают приложения данной топологической концепции к квантовым вычислениям/коммуникациям и к электронике, не рассеивающей тепла.

«Разработанные нами экспериментальные и теоретические методы помогут найти новые экспериментальные подходы к топологическим квантовым вычислениям, которые обещают преодолеть проблемы шума в современных технологиях квантовых вычислений», — добавил руководитель исследования, д-р Эбрагим Карими (Ebrahim Karimi).

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365