Художественное впечатление сложного векторного света, проходящего через какие-то искажающие сложные среды и каким-то образом видоизменяющегося. Картина света изображает состояние поляризации. Сложные среды, показанные на вставках, включают живую ткань, подводную среду, оптическое волокно и передачу через атмосферу. Предоставлено: Университет остроумия

Их новый квантовый подход к проблеме разрешает постоянные споры о том, являются ли некоторые формы света надежными или нет, исправляя некоторые неправильные представления в сообществе. Важно отметить, что в работе подчеркивается, что у всего света есть свойство, которое остается неизменным, понимание, которое содержит ключ к разгадке остальных воспринимаемых искажений. Чтобы подтвердить открытие, команда продемонстрировала надежный транспорт через системы, которые в противном случае сильно искажали бы, используя результат для безошибочной связи через зашумленные каналы.

Сегодня Nature Photonics опубликовала в сети исследование, проведенное группой под руководством профессора Эндрю Форбса из Школы физики Университета Витса. В своей работе команда объясняет простые правила, управляющие сложным распространением света в сложных средах. Во-первых, они обнаруживают, что со всеми такими средами можно обращаться одинаково и что анализ не зависит от типа используемого света. Раньше каждый выбор носителя и светового лучарассматривались как частный случай, а теперь уже не так — новая общая теория покрывает все это. Во-вторых, они показывают, что, несмотря на искажение, у света есть свойство — его «векторность», которое остается неизменным, инвариантным для среды. Это всегда верно и раньше не замечалось. Он удерживает ключевой свет даже в неидеальных условиях.

Если вы пропускаете свет через несовершенную среду, такую ​​как атмосфера, он искажается. Например, эффект мерцающего миража возле горячих дорог или мерцание звезд — оба примера света, который искажается из-за турбулентности атмосферы. Свет также иногда может быть преднамеренно искажен, например, зеркала на ярмарке развлечений, которые заставляют вас выглядеть выше, стройнее или круглее. В этом случае мы все понимаем, что искажение — это всего лишь вопрос перспективы — быстрый взгляд на себя без зеркала раскрывает реальность — но верно ли это и в других искажающих системах? Есть ли способ посмотреть на свет так, чтобы искажение исчезло? Команда под руководством Wits показывает, что да, некоторые свойства никогда не искажаются, в то время как другие можно разгадать, изменив точку зрения.

Вопрос в том, как понять, что происходит со светом, как он искажается и как найти новую перспективу? Чтобы ответить на эти вопросы, команда использовала самую общую форму света — векторный свет. Свет имеет электрическое поле, направление которого может варьироваться в зависимости от поля, иногда указывает вверх, вниз, влево, вправо и так далее. "Векторность" света - это то, насколько запутано направление электрического поля света. Другими словами, это мера того, насколько похожи направления электрических полей света в разных местах: если оно везде одинаково (однородно), значение равно 0, а если оно везде различно (неоднородно), значение равно 1. Эта векторная однородность никогда не меняется, даже если изменяется структура самого электрического поля. Причина кроется в квантово-запутанных состояниях, тема, которая, кажется, имеет мало общего с оптическими искажениями. Новое открытие стало возможным благодаря применению инструментов из квантового мира в мире оптических искажений.

«Мы обнаружили, что векторность — это единственный атрибут света, который не меняется при прохождении через любые сложные среды», — говорит профессор Эндрю Форбс из Школы физики Витса. «Это означает, что у нас есть что-то особенное, что можно использовать при использовании света для связи или восприятия».

«Это особый аспект картины света — то, как выглядит картина поляризации», — говорит Форбс. «Поляризация — это просто причудливый способ описать направление электрического поля, из которого состоит свет. Рисунок также искажается, но его внутренняя природа (однородная или неоднородная) — нет».

Подход команды позволяет исследователям определить, как исправить любые искажения через средства массовой информации таким образом, чтобы это не стоило никакого труда. Другими словами, потерь нет.

«Мы показываем, что даже при том, что свет очень искажен, это искажение является только вопросом перспективы. Можно рассматривать свет таким образом, что он восстанавливает свои первоначальные «неискаженные» свойства. Замечательно, что сложный свет в сложных средах может быть универсально понятым из очень простых правил».

Например, просто изменив способ проведения измерения, любое общение через очень искаженные носители можно сделать «свободным от искажений». Команда показала, что это верно экспериментально для целого ряда систем, от турбулентности до жидкости или оптического волокна.