Ученые завязали свет в узлы

Инженеры из Университета Дьюка создали «оптический узел» — структуру из света, которая может существовать в трехмерном пространстве, подобно клубящимся дымовым кольцам. Оказалось, что, несмотря на теоретическую устойчивость таких узлов, на практике они подвержены разрушению при прохождении через турбулентную среду, например, воздух. Работа опубликована в журнале Nature Communications (NatCom).

Оптический узел создается путем наложения нескольких лазерных лучей с точно заданными параметрами. В точке их пересечения возникает сложная интерференционная картина — узел, в котором может быть зашифрована информация. Ученые надеялись, что такие узлы смогут сохранять форму даже в сложных условиях, но эксперимент показал обратное: при сильной турбулентности структура узла искажалась, превращаясь из трех витков в два или один, и теряла зашитую в нее информацию.

Для имитации реальных условий команда использовала компактную установку размером с тостер: внутри — горячая пластина и вентиляторы, создающие турбулентные потоки воздуха. Чтобы смоделировать прохождение света на дистанции до 300 метров, луч многократно отражали от зеркал. Результаты показали, что интенсивность турбулентности напрямую влияет на стабильность узла.

Однако ученые нашли способ повысить устойчивость структуры. Добавляя к лазерной форме больше изгибов — своеобразных «завитков», — они увеличили количество точек, по которым можно восстановить исходную конфигурацию.