光的混合态中的量子天空拱拱及其嵌套拓扑

拓扑准粒子，如经典和量子光学天空拱拱，迄今为止依赖于完全相干或纯量子态，其拓扑结构编码于偏振与二维空间模式之间的纠缠。本文表明，天空拱拱拓扑可直接在混合量子态的密度矩阵中出现。我们引入了框架，其中准斯特克斯向量定义密度矩阵上的拓扑纹理，使仅使用准自旋和实或合成的一维模式空间即可实现量子天空拱拱。对于单个光子，密度矩阵类似于经典光的相干矩阵，可通过部分相干电磁场编码。我们进一步分析了双光子对中编码的拓扑纹理，表明天空拱拱不仅出现在完整的双光子系统中，也出现在其简化子空间中任意准自旋-模式组合的子空间中。随后我们探讨了此类天空拱拱对环境噪声的鲁棒性，发现它们在多个光子的混合量子态中仍然持久。最后，我们提出了使用集成光子网络实现此类天空拱拱的可行实验方案，并建议在其他量子系统中进行类似实现的路径。我们的工作为在部分相干光或混合量子态上稳健地编码经典信息，以及在许多体量子系统中编码拓扑电荷，铺平了道路。