Свет от обычной лампочки кажется совершенно беспорядочным: волны в нём колеблются несогласованно, словно толпа, где каждый идёт в свою сторону. Такой свет называют некогерентным. Долгое время считалось, что изящные топологические структуры — узлы, кольца, зацепления — можно создавать только в когерентном лазерном свете, где все волны идут в ногу. Но авторы новой работы показали, что и в «беспорядочном» свете можно плести настоящие оптические кружева.
Ключом стал математический объект — некогерентный многочлен Милнора. Он работает как конструктор, в котором детали (топология) и цвет деталей (статистическая когерентность, то есть степень согласованности света) выбираются независимо. Раньше, работая с лазерами, изменить яркость в разных точках, не испортив топологию, было нельзя — как если бы при перекрашивании кубика Рубика он самопроизвольно собирался. Теперь это ограничение снято.
Практическое применение напоминает фокус с кубиком Рубика. Исходное состояние кубика — это распределение яркости, которое видит наблюдатель. Повороты граней — топологические преобразования, служащие ключом шифрования. Меняя статистическую когерентность, можно управлять тем, как выглядит «кубик» издалека, а топология задаёт правила его «вращения». Такой подход обещает новые методы кодирования информации, где секретность обеспечивается не только математикой, но и физическими свойствами самого света.
Так беспорядочный свет, который мы привыкли считать лишь источником тепла и освещения, обретает скрытый порядок — и становится инструментом для передачи и защиты данных.
Узлы из света не являются материальными объектами — это области пространства, где определённая характеристика (в данном случае согласованность колебаний) обращается в ноль, образуя линии или петли.
В романе «Свет» М. Джона Харрисона описываются инопланетные сущности, сотканные из когерентных световых структур — возможно, их далёкие родственники теперь появляются и в лабораториях.