拓扑光波：Skyrmions可以飞行
沈怡洁

利用一类新兴的结构波作为局部拓扑准粒子的对应物可以彻底改变信息技术。

光学天圈的说明，它可以动态地传播和灵活地调谐自由空间，具有扩展的维度用于动态信息传输。[Y.Shen]

在当代物理学教科书中，电磁波在自由空间中传播已成为信息和能量传递的支柱。具有多个自由度的结构光，如偏振、轨道角动量和空间模式，对于高速和大容量的信息传输具有很大的好处。然而，在当前信息爆炸的时代，追求更大的带宽、数据存储和传输的稳定性和安全性对社会发展至关重要。为光场量身定制一个更耐人寻味的标志--光场拓扑结构--能成为一种解决方案吗？

由于拓扑物质状态的内在鲁棒性，拓扑缺陷或纹理已经成为材料科学中的新信息载体。例如，在磁性材料中，非线性自旋-自旋相互作用在纳米尺度区域内产生稳定的粒子状涡旋纹理，称为磁天圈。这些微小的结构被认为是下一代固态数据存储的最有利的信息载体之一，提供了更高的容量和稳定性。然而，镶嵌在固态磁体中的自旋纹理主要支持稳定的信息存储技术和数据写入、读取和处理，而不是动态的远程信息传输。拓扑结构光能够实现鲁棒的远程信息传输吗？

最近纳米光子学和结构光的发展导致了在光场中产生类似的拓扑粒子状纹理，称为光学天圈。与镶嵌在物质中的拓扑自旋纹理相比，光学天圈可以在自由空间中传播，从而实现长距离信息传输。利用结构光创建和控制自由空间拓扑纹理是一个新兴领域，它将推动从固态数据存储到动态远程信息传输的概念革命。
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