南非金山大学与湖州大学的研究团队在量子光学领域取得突破，发现光在纠缠状态下隐藏着高维拓扑结构。这一发现可能为信息存储和量子系统抗噪声能力提供新途径。

研究人员通过自发参量下转换技术生成纠缠光子，并利用光的轨道角动量特性进行实验。结果显示，仅凭这一单一特性就能形成拓扑结构，维度可扩展至极高范围，突破了以往需要多个特性的认知。

金山大学物理学院的安德鲁·福布斯教授表示：“我们在这项工作中报告了一个重大进展：我们只需要光的一个特性（OAM）就能形成拓扑，而之前认为至少需要两个特性——通常是OAM和偏振。其结果是，由于OAM是高维的，拓扑也是如此，这让我们能够报告观测到的最高拓扑。”

研究还发现，当拓扑结构超过二维时，无法用单一数字描述，需要一系列值来反映其复杂性。这一高维拓扑结构已在《自然通讯》上发表。

湖州大学的罗伯特·德梅洛·科赫教授指出，识别这些结构具有挑战性。“在高维度中，寻找拓扑并不那么明显。我们使用量子场论的抽象概念来预测在哪里寻找和寻找什么——并在实验中找到了它！”

这一发现的可及性较高，所需设备已存在于大多数量子光学实验室。佩德罗·奥内拉斯补充说：“你从空间纠缠中免费获得拓扑。它一直存在，只是需要被发现。”

尽管轨道角动量纠缠常被视为脆弱，但新视角可能改变这一看法。通过拓扑结构，科学家有望开发更稳健的量子技术，推动实际应用。

出版详情：作者：Robert de Mello Koch, Pedro Ornelas, Neelan Gounden, Bo-Qiang Lu, Isaac Nape, Andrew Forbes；标题：《Scientists just found a hidden 48-dimensional world in quantum light》；发表于：《Nature Communications》(2025)。