«Представьте себе, что вы бросили теннисный мяч. Он начинает двигаться вперед с положительным импульсом. Если мяч не сталкивается с препятствием, едва ли вы ожидаете, что он внезапно сменит направление движения и вернется к вам, как бумеранг, — сказала Бхонишика Гхош, одна из участников проекта. — А если вы закручиваете мяч по часовой стрелке, вы тоже ожидаете, что он продолжит крутиться в том же направлении».

Однако, все становится сложнее, когда вместо мяча у нас квантовые частицы. В классической механике у объекта есть известное положение, а в квантовой механике и оптике частица может оказаться в двух и более положениях единомоментно. Таким образом, благодаря суперпозиции квантовые частицы могут делать то, на что не способен теннисный мяч. Например, двигаться в обратную сторону или крутиться в обратном направлении. В квантовой физике этот феномен называют обратным потоком.

До сих пор обратный поток в квантовых системах никто не наблюдал. Есть теоретические исследования отношений между обратным потоком в квантовой механике и аномальным поведением оптических волн в частном масштабе, а также этот феномен был продемонстрирован в одном измерении при помощи простой интерференции двух лучей. Физики из Варшавского университета показали эффект обратного потока в двух измерениях, сообщает EurekAlert.

Ученые наложили друг на друга два луча света, скрученных по часовой стрелке, и наблюдали скручивание в направлении против часовой стрелки. Для наблюдений они использовали датчик волнового фронта Шака — Хартмана. Система, состоящая из массива микроскопических линз, находящихся перед датчиком КМОП, обладала достаточно высокой чувствительностью проведения измерений в двух измерениях.

«Мы изучили суперпозицию двух лучей, несущих только отрицательный орбитальный угловой момент, и наблюдали в темном регионе интерференционной картины положительный локальный орбитальный угловой момент, — пояснил Бернард Гошковский, один из участников проекта. — Это и есть азимутальный обратный поток».

Как подчеркивают авторы статьи, их эксперимент можно интерпретировать как суперосцилляции в фазе. Этот феномен относится к ситуации, когда локальные колебания суперпозиции быстрее, чем самый быстрый компонент Фурье. Связь между квантовым обратным потоком и суперосцилляцией была впервые описана учеными в 2010 году. С практической точки зрения обратный поток как проявление быстрой смены фазы может быть использован при взаимодействии света и вещества, в таких приборах, как оптические ловушки или атомные часы.

Создание мощных квантовых компьютеров сдерживается необходимостью поддержания для их работы специальной физической среды. Например, для работы квантовых компьютеров на основе фотонов нужны мощные магниты и сверхнизкая температура, которые позволяют получить закрученный свет. Японские ученые нашли способ получить такой свет при комнатной температуре и без магнитов.