Впервые созданы квантовые оптические скирмионы в полупроводниковой системе

Однофотонные скирмионы, излучаемые квантовой точкой, связанной с гауссовым микролазером. Автор: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02973-y

Скирмионы — это локализованные, частицеподобные возбуждения в материалах, сохраняющие свою структуру благодаря топологическим ограничениям (то есть свойствам, которые остаются неизменными при плавных деформациях). Эти квазичастицы, впервые предложенные в физике высоких энергий и квантовой теории поля, в последние годы привлекли значительный интерес в физике конденсированного состояния и фотонике благодаря их потенциалу в качестве носителей информации.

Исследователи из Университета Сунь Ятсена и Тяньцзиньского университета впервые экспериментально реализовали однофотонные квантовые скирмионы (локализованные световые структуры) в полупроводниковой системе квантовой электродинамики (QED). Их работа, опубликованная в журнале Nature Physics, открывает новые возможности для изучения квантовых взаимодействий света и вещества, а также способствует развитию фотонных квантовых устройств.

«Наша работа была мотивирована давней задачей реализации топологических фотонных структур — в частности, скирмионов — на квантовом уровне», — рассказал Ин Юй, соавтор исследования.

Учёные использовали комбинацию технологий, включая точно спроектированную микрополость, размещение квантовых точек и измерения поляризации отдельных фотонов. В результате им удалось создать фотоны, несущие скирмионные текстуры поляризации, и подтвердить их топологическую инвариантность.

Профили поляризации однофотонных скирмионов, усиленных полостью. Автор: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02973-y

Это достижение может привести к прорывам в квантовых информационных системах, высокоразмерных протоколах квантовой связи и топологически защищённой квантовой памяти. В будущем команда планирует исследовать другие топологические структуры, такие как скирмиониумы, а также интегрировать свои разработки в масштабируемые фотонные схемы для квантовых вычислений.

Дополнительная информация: Jiantao Ma et al, Nanophotonic quantum skyrmions enabled by semiconductor cavity quantum electrodynamics, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02973-y.