Свет, покидающий массивное тело, теряет энергию: его частота слегка уменьшается, а цвет смещается к красному концу спектра. Это явление физики называют гравитационным красным смещением. В рамках классической физики всё прозрачно, но на квантовом уровне возникают тонкости.

Ранее этот сдвиг пытались моделировать как действие «смесителя мод» — устройства, которое перепутывает различные квантовые состояния света. Однако такая модель давала сбои. Авторы новой работы выяснили причину: смеситель мод не учитывал нюансы полевого описания. Они предложили два решения. Первое, «естественное», основано на квантовой теории поля и корректно работает с бесконечным числом состояний света. Второе, упрощённое, адаптировано для конечных систем и использует стандартный аппарат квантовой информатики.

Второй подход особенно примечателен. Если на вход подавать гауссовы состояния света — самые обычные, напоминающие луч лазера, — то гравитационный сдвиг превращается в чётко определённый квантовый канал связи. Его можно исследовать, измерять и оптимизировать, подобно оптоволокну, только искривлённому самим пространством-временем.