Современная физика открывает удивительные возможности — теперь сложные топологические структуры, которые раньше изучали только в твердых материалах, можно создавать прямо в световых полях. Это не просто красивая теория: такие структуры, как скирмионы и мероны, способны переносить информацию с невероятной устойчивостью, даже если их попытаться разрушить.

Ученые из Фуданьского университета и Наньянского технологического университета совершили прорыв — они нашли способ генерировать эти структуры с помощью простых фотонных кристаллов, и их работа уже опубликована в издании Physical Review Letters.

Раньше для создания топологических световых текстур требовалась ювелирная точность — малейший сдвиг в настройке оборудования, и все рушилось. Но теперь ученые используют связанные состояния в континууме (BIC) — особые режимы, в которых свет, казалось бы, должен свободно распространяться, но вместо этого остается «запертым» внутри кристалла. Эти состояния работают как топологические вихри в импульсном пространстве, и вокруг них можно формировать сложные световые узоры — мероны, скирмионы и даже трехмерные хопфионы.

Почему это важно

• Такие структуры могут передавать данные с огромной плотностью — представьте, что один луч света кодирует не просто 0 и 1, а целый массив информации.
• Они устойчивы к помехам — даже если среда неидеальна, информация не искажается.

Это открывает дорогу к новым системам связи, квантовым вычислениям и сверхточным датчикам, — говорят ученые. — Мы только начинаем понимать, как далеко это нас заведет.

Но есть и сложности: пока технология работает в лабораторных условиях, и до массового применения еще далеко. Однако сам факт, что топологические текстуры теперь можно создавать без сложных установок, — это огромный шаг.

Если технологию удастся масштабировать, она может изменить оптические коммуникации — например, увеличить пропускную способность оптоволокна без прокладки новых кабелей. В квантовых вычислениях топологические текстуры могут стать носителями кубитов, устойчивых к декогеренции. А в сенсорике — позволят детектировать нанометровые дефекты в материалах или даже слабые гравитационные волны.

Главный вопрос — энергоэффективность. BIC-структуры требуют точного подбора параметров кристалла, и даже малые отклонения снижают КПД. Кроме того, пока неясно, как интегрировать такие элементы в чипы — современные фотонные схемы работают на других принципах.

Ранее ученые создали световые вихри с контролируемой структурой.