涡流是一种常见的物理现象。你可以在星系结构、和飓风中，以及一杯茶或浴缸流出的水中发现它们。

通常情况下，当流动速度极快的空气、水或其他物质遇到流动速度较慢的区域时，就会形成涡流。涡流的特点是围绕固定轴进行圆形流动。因此，涡流的作用是弥合不同流速的相邻区域之间的张力。

在《科学》杂志上发表的一项研究中，发现了一种以前未知的涡流类型，该研究由魏茨曼科学研究所复杂系统物理系OferFirstenberg教授实验室的LeeDrori博士、BankimChandraDas博士、TomerDaninoZohar和GalWiner博士进行。

研究人员开始寻找一种利用光子在量子计算机中处理数据的有效方法，并发现了一些意想不到的事情：他们意识到，在两个光子相互作用的罕见情况下，它们会产生涡旋。这一发现不仅增加了对涡旋的基本理解，而且可能最终有助于实现该研究的最初目标，即改进量子计算中的数据处理。

光子(光粒子，其行为也像波)之间的相互作用只有在物质作为中介的情况下才有可能。在实验中，研究人员通过创造一个独特的环境来迫使光子相互作用：一个10厘米的玻璃容器，里面完全是空的，只有铷原子紧密地堆积在容器的中心，形成了一个约1毫米长的细小而密集的气体云。

研究人员向这片云层发射了越来越多的光子，检查它们穿过云层后的状态，并观察它们是否以某种方式相互影响。

“当光子穿过稠密的气体云时，它们会使大量原子进入电子激发态，即里德堡态，”菲尔斯滕伯格解释道。“在这些状态下，原子中的一个电子开始在比未激发原子直径宽1,000倍的轨道上移动。这个电子会产生一个电场，影响大量相邻的原子，将它们变成一种假想的&luo;玻璃球&ruo;。”

玻璃球的图像反映了这样一个事实：该区域中的第二个光子无法忽略第一个光子所创造的环境，因此，它会改变其速度——就像它穿过了玻璃一样。

因此，当两个光子相对靠近时，它们的移动速度与单独移动时的速度不同。当光子的速度发生变化时，它携带的波峰和波谷的位置也会发生变化。

在光子用于量子计算的最佳情况下，由于光子相互影响，峰和谷的位置会完全颠倒，这种现象称为180度相移。

这项研究的方向与气体云中光子的路径一样独特和非凡。这项研究还包括埃隆·波姆博士和亚历山大·波杜布尼博士，它于八年前开始，两代博士生都在弗斯滕伯格的实验室里学习。

随着时间的推移，魏茨曼科学家成功创造出了密集的超冷气体云，其中充满了原子。结果，他们取得了前所未有的成就：光子经历了180度的相移——有时甚至更多。

当气体云密度最大，光子彼此靠近时，它们之间的相互影响最大。但当光子彼此远离或周围原子密度下降时，相移就会减弱并消失。

普遍的假设是，这种减弱将是一个渐进的过程，但研究人员却大吃一惊：当两个光子相距一定距离时，一对涡旋就形成了。在每个涡旋中，光子完成了360度的相移，在它们的中心几乎没有光子——就像我们从其他涡旋中了解到的中心一样。

要理解光子涡旋，请想象一下当你将一个垂直的盘子拖过水面时会发生什么。盘子推动的水流快速流动，与它周围的较慢流动相遇。这产生了两个涡旋，从上方看，它们似乎沿着水面一起移动，但实际上，它们是三维结构的一部分，称为涡环。盘子的下沉部分形成了一个半环，将水面上可见的两个涡旋连接起来，迫使它们一起移动。

涡环的另一个常见例子是环。在研究的最后阶段，研究人员在引入第三个光子时观察到了这种现象，这为研究结果增加了一个额外的维度。科学家发现，在测量两个光子时观察到的两个涡旋是由三个光子相互影响产生的三维涡旋环的一部分。这些发现表明，新发现的涡旋与其他环境中已知的涡旋有多么相似。

漩涡或许是这项研究的焦点，但研究人员仍在继续努力实现量子数据处理的目标。研究的下一阶段将是将光子相互发射，并分别测量每个光子的相移。

根据相移的强度，光子可以用作量子比特——量子计算中信息的基本单位。与常规计算机内存的单位(可以是0或1)不同，量子比特可以同时表示0到1之间的一系列值。