在平常的认识中，光一直是沿着直线传播的，但要是光不只是能转弯，还能像龙卷风一样螺旋着前进呢？

就在今年4月，《科学进展》（ScienceAdvances）刊登了一项可以说是光学奇观的最新研究。由波兰华沙大学、军事科技大学等多个国家的科学家组成的团队，成功在一种非常微小的结构中，制造出了会打转的激光束也就是所说的光学龙卷风或者光涡旋，这股肉眼很难看见的微观旋风不会造成破坏，反倒因为极低的能量损耗以及很高的稳定性，被科学界看成是下一代量子通信和光子器件的关键技术跳板。

很多人可能会问，光好好走直线的时候，为什么非要费劲让它转起来？答案在信息传输的效率里，传统光通信用光的频率或者偏振来传0和1，就像一条只有几个车道的高速公路，老碰到运力不够的问题，而打旋的光就像在这条公路上建了个立交桥。

因为光旋转的圈数和方向能有无数种组合，还互不影响，这就意味着单束光可以带成倍增加的数据量。对于对安全性、传输量要求很高的量子通信来说，这种能带复杂密码字典的旋转光束就是最理想的信息载体。

既然光学龙卷风这样好用，那为何到现在还没大规模普及，根本原因在于，太难制造了。以前，科学家要制造这种光涡旋，一般得依靠非常复杂且昂贵的设备，比如说用高精度的纳米光刻技术在芯片上刻出特定的微型结构，或者使用巨大的空间光调制器。

更不好的是，用那些传统方法制造出来的光学龙卷风，常常处在能量比较高的激发态，这就好像你费劲在山顶保持一个水涡，只要外界环境稍微有变化，它就会消散，能量也跟着没了。

这种高成本还有不稳定等等情况，就成了量子通信设备往微型和实用方向发展的最大阻碍了。

这一回，科学家们找到了一条巧妙得多的近路，不是用那昂贵设备生硬地雕刻光路，而是根据自然规律，给光打造一个迷宫。团队用了一种大家平常都能碰到的材料液晶。液晶分子有着一种很是奇异的自组织能力，研究人员在里面制造出一种微观缺陷（叫做Toron）。

你可以把它想象成由液晶分子扭来扭去、首尾相连构成的一个微型甜甜圈。当光进入这个构造时，就似乎掉进了一个光学陷阱，在材料双折射特征的指引下，光子会仿佛被磁场牵引一般，不由自主地沿着设定路径螺旋打转，最后构成一团微型光学龙卷风。更加绝妙的是，借助外加电压，研究人员还可以随时对这个陷阱的大小进行调整，从而掌控这团龙卷风的样子。

但最让物理学界为这项实验兴奋的，并不单单是造出了旋涡，还有它所处于的状态。在之前的实验当中，由于携带轨道角动量的光一般都处于高能状态（物理学上称作激发态），特别容易在传输的时候出现损耗或者变形。

而在这个基于液晶结构的实验里，科学家发现，因为液晶双折射特性所产生的非阿贝尔规范场的作用，系统出现了奇特的能态反转光在这个微型甜甜圈里边，自己就选择了能量最低的

基态来形成光涡旋。

这也就意味着，科学家头一回在最省事、最稳定状态下让一束携带复杂轨道角动量之光像激光一样发射出来，这在光学领域可是一次巨大理论突破。

这团光学龙卷风出现，最大的意义就是化繁为简。以前，量子通信设备又贵又大，很大程度是因为缺少微型、稳定且能调节的复杂光源。现在，科学家证实不用极限的纳米雕刻工艺，只靠几滴液晶材料的自然排列，再加上简单的外加电压控制，就能做出完美的通信载体。成本大大下降以及设备能微型化等情况，意味着不久的将来，能处理大量信息、安全性超高的量子通信网络节点，或许能整合到像指甲盖那样大小的光子芯片上，真正的技术革命，常常就蕴藏在那些最简单的自然规律之中。