Бросьте два камешка в воду на некотором расстоянии друг от друга. Волны от них побегут навстречу и в некоторых местах погасят друг друга — вода станет гладкой, хотя каждый камень по отдельности создал бы рябь. Похожим образом ведёт себя пара фотонов — квантов света, рождённых в одном кристалле и разлетевшихся в разные стороны. Только вместо волн на воде здесь интерферируют их волновые функции.
В новой работе физики заставили такую пару создать «провал» не поперёк, а вдоль луча — в направлении, куда фотоны летят. Для этого они взяли луч накачки в форме кольца (световое кольцо, а не сплошное пятно) и пропустили его через нелинейный кристалл, рождающий парные фотоны. Один из фотонов пары проходит путь до детектора чуть длиннее, чем второй. Из-за этой разницы расстояний у них накапливается разный «поворот» волны — так называемая фаза, то есть сдвиг гребней волны относительно друг друга. Когда фазы становятся противоположными, волны гасят друг друга полностью — и в этой точке света нет.
Авторы выяснили, что «вихрь» в такой мёртвой точке имеет строгий порядок: фаза вокруг неё закручивается на целое число оборотов. Величина этого числа задаётся формой кольца накачки. Если кольцо простое, закрутка одинарная; если двойное — двойная. Но самое интересное: трюк работает, только когда фотоны действительно переплетены друг с другом — находятся в состоянии квантовой запутанности. Если их состояния можно разделить, как носки в ящике, — общей мёртвой точки не будет.
Практическая польза пока в будущем: такие точки могут служить сверхчувствительными метками для измерения расстояний или для кодирования информации в квантовых линиях связи.
Похожий эффект можно увидеть в наушниках с шумоподавлением: микрофон ловит внешний шум, а динамик выдаёт его перевёрнутую копию — и в ухе наступает тишина. Здесь тоже две волны гасят друг друга, но работают они не с шумом, а со светом.