2026年7月29日——通过让量子信息穿越风暴，南非约翰内斯堡金山大学的研究人员证明，即使光本身被完全扭曲到无法辨认，光中所携带的信息依然可以完好无损地保留下来。

这一突破提供了一种革命性的方式来保护数据免受环境干扰，为不可破解的全球通信网络和超强韧性的量子计算机铺平了道路。

多年来，研究人员一直试图利用光的“扭转”特性来传输数据。这一特性描述了光在向前传播时如何螺旋前进，由于它可以被塑造成几乎无限种不同的扭转形态，因此为高容量通信提供了一个庞大而有前景的“字母表”。

事实证明，这种扭曲的光在恶劣天气、大气湍流和水体等现实环境中极其脆弱。一旦穿过这些混乱的介质，扭曲的图案就会变得完全无法辨认，这一历史性障碍长期以来阻碍了这种庞大的“字母表”在全球通信中的应用。

金山大学团队将研究重心从保护量子光的脆弱物理结构，转向探索其内部嵌入的一种更深层的数学属性——拓扑。拓扑是一种数学性质，允许结构在严重挤压和变形的情况下仍不丢失其核心信息。

此前，科学家一直认为拓扑必须建立在光的稳健属性之上才能存活。金山大学的研究人员则提出了一个疑问：如果改用光的脆弱扭曲结构会怎样？这样做有一个关键优势：这些扭曲结构在产生量子光时天然存在且无需额外成本。由于不需要额外的工程努力，拓扑本质上是“免费”获得的。

该团队今日在《物理评论快报》上报告称，这些隐藏的拓扑不变量在穿过强大气湍流时保持完全完好，即使它们所依附的脆弱扭曲结构已经严重衰变。

“我们目睹了物理图案在极端湍流下发生扭曲，传统的量子连接也达到了严重恶化的程度。然而，由于拓扑本质上就嵌入在纠缠本身之中，它始终保持完全完好，”第一作者Tatjana Kleine表示。“物理构建模块本身是脆弱的，但建立在它们之上的拓扑却是坚不可摧的。”

即使在恶劣天气将光扭曲到无法辨认、纠缠逐渐消退的情况下，拓扑数依然毫发无损地显现出来。

“只要我们把目光投向拓扑而非状态本身，就能再次使用这一庞大的空间模式‘字母表’，”金山大学物理学院结构光实验室主任Andrew Forbes教授表示。

该团队相信，这一发现将重新打开沉寂已久的通信途径，利用光中一种唾手可得的高维属性来实现安全通信。更妙的是，这些状态可以轻松扩展到更高维度，从而在现实世界的真实条件下提供更强大的通信安全保障。