論文の概要: Topological robustness of classical and quantum optical skyrmions in atmospheric turbulence

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05727v1
• Date: Sat, 06 Sep 2025 14:21:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.671456
• Title: Topological robustness of classical and quantum optical skyrmions in atmospheric turbulence
• Title（参考訳）: 大気乱流における古典的および量子的光スカイミオンのトポロジカルロバスト性
• Authors: Zhenyu Guo, Cade Peters, Nilo Mata-Cervera, Anton Vetlugin, Ruixiang Guo, Pei Zhang, Andrew Forbes, Yijie Shen,
• Abstract要約: 我々は、古典的かつ量子的な光スカイミオンを構築し、それを実験的にシミュレートされた大気乱流を通り抜ける。 量子領域では、スカイミオンは絡み合いを減少させるが、その位相特性は安定であることを示す。 我々の研究は、トポロジーの文脈における古典的量子分割を曖昧にし、ノイズのあるチャネルにおける情報レジリエンスへの新たな道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.789709410548696
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The degradation of classical and quantum structured light induced by complex media constitutes a critical barrier to its practical implementation in a range of applications, from communication and energy transport to imaging and sensing. Atmospheric turbulence is an exemplary case due to its complex phase structure and dynamic variations, driving the need to find invariances in light. Here we construct classical and quantum optical skyrmions and pass them through experimentally simulated atmospheric turbulence, revealing the embedded topological resilience of their structure. In the quantum realm, we show that while skyrmions undergo diminished entanglement, their topological characteristics maintain stable. This is paralleled classically, where the vectorial structure is scrambled by the medium yet the skyrmion remains stable by virtue of its intrinsic topological protection mechanism. Our experimental results are supported by rigorous analytical and numerical modelling, validating that the quantum-classical equivalence of the topological behaviour is due to the non-separability of the states and one-sided nature of the channel. Our work blurs the classical-quantum divide in the context of topology and opens a new path to information resilience in noisy channels, such as terrestrial and satellite-to-ground communication networks.
• Abstract（参考訳）: 複雑な媒体によって誘導される古典的および量子構造化光の劣化は、通信やエネルギー輸送からイメージングやセンシングまで、様々な応用において、その実践的な実装にとって重要な障壁となっている。 大気の乱流は、複雑な位相構造と動的変動のため、光の不変性を見つける必要が生じる例である。 ここでは、古典的および量子的光スカイミオンを構築し、実験により模擬された大気乱流を通過させ、その構造が埋め込まれたトポロジカルレジリエンスを明らかにする。 量子領域では、スカイミオンは絡み合いを減少させるが、その位相特性は安定であることを示す。 これは古典的には平行しており、ベクトル構造は媒質によってスクランブルされるが、その固有位相保護機構によりスカイミオンは安定である。 実験結果は厳密な解析と数値モデリングによって支持され、トポロジカルな振る舞いの量子古典的等価性は、状態の非分離性とチャネルの一方的な性質に起因することが検証された。 我々の研究は、トポロジの文脈における古典的量子分割を曖昧にし、地上・衛星間通信ネットワークのようなノイズの多いチャネルにおける情報レジリエンスへの新たな道を開く。

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