トポロジカルにレジリエントな光の量子エンタングルド状態としての非局所的スキルミオン

1960年代初頭、Tony Skyrmeは、トポロジカル構造の考えの発展に着想を得て、原子より小さな粒子が単一量子場の自然励起として記述できることを示唆した。トポロジカルに安定な場構造としてのスキルミオンという考えは、意図した目的には採用されなかったが、汎用性が高いことが分かり、物性物理学、音響学、より最近では光学における応用が見いだされた。しかし、どの場合においても局所的な場や粒子として実現されている。今回我々は、個々の光子が顕著なトポロジカル構造を持たなくても本質的にスキルミオン的な、非自明なトポロジーを伴う初の非局所的量子エンタングルド状態を報告する。我々は、トポロジーによって、そうした量子状態が波動関数の滑らかな変形に対してロバストになり、エンタングルメント自体が消失するまでそのままに維持される方法を実証する。今回の研究は、エンタングルメントクラスとトポロジーの初期の関係を示しており、写像保存量子チャネルの性質にエキサイティングな疑問を投げかけ、エンタングルメントが脆弱であっても、トポロジカルに設計された量子状態によって量子情報を保存する有望な手段をもたらす。