研究人员首次展示了在不改变量子纠缠粒子对固有特性的情况下操纵它们的新方法。该团队由南非金山大学物理学院结构光实验室的Andrew Forbes 教授领导的研究人员与中国湖州大学（之前来自金山大学）的弦理论家 Robert de Mello Koch 组成。结构光实验室的硕士生、第一作者Pedro Ornelas解释道：“我们通过纠缠两个相同的光子并定制它们共享的波函数，以使它们的拓扑或结构只有在将光子视为一个统一实体时才变得明显，这是一个里程碑的实验”。这种光子之间的联系是通过量子纠缠建立的，通常被称为“幽灵般的超距作用”，即使两个粒子相距很远，也能影响彼此的测量结果。该研究结果已经发表在《Nature Photonics》期刊上。
纠缠的斯格明子拓扑的概念示意图，每个光子都对新出现的仅存在于两个光子的组合实体之中的拓扑结构做出贡献
在这项工作中，拓扑的作用及其保持属性的能力可以比作如何将咖啡杯重塑为甜甜圈的形状，尽管在转变过程中外观和形状发生了变化，但是一个孔（一种拓扑特征）仍然保持不变。这样，两个对象在拓扑上是等价的。Forbes解释道：“我们的光子之间的纠缠是可塑的，就像陶工手中的粘土一样，但在成型过程中，一些特征被保留下来”。这里研究的拓扑性质，称为斯格明子拓扑，最初是在20世纪80年代由 Tony Skyrme 探索作为显示粒子状特征的场配置。在这种情况下，拓扑是指场的全局属性，类似于一块织物（波函数），无论其被推动的方向如何，其纹理（拓扑）都保持不变。这些概念已在现代磁性材料、液晶，甚至使用经典激光束的光学类似物中得以实现。在凝聚态物理领域，斯格明子因其稳定性和抗噪性而受到高度重视，从而在高密度数据存储设备方面取得了突破性的进步。Forbes说：“我们渴望看到量子纠缠的斯格明子产生类似的变革性影响。”之前的研究将这些斯格明子描述为局限于一个单一的位置。Ornelas 说：“我们的工作呈现了一种范式转变：传统上被认为存在于单一局域配置中的拓扑现在是非局域的或在空间分离的实体之间共享的”。在扩展这个概念的过程中，研究人员利用拓扑作为一个框架来分类或区分纠缠态。共同作者Isaac Nape博士表示，他们设想“这种新的视角可以作为纠缠态的标签系统，类似于字母表”。
Nape 说：“就像球体、甜甜圈和手铐可以通过它们包含的孔的数量来区分，我们的量子 斯格明子也可以通过它们的拓扑方面以同样的方式来区分”。该团队希望这可能成为一种强大的工具，为使用拓扑作为量子信息处理的字母表的新的基于纠缠的量子通信协议铺平道路。由于研究人员几十年来一直致力于开发保持纠缠态的技术，因此文章中报告的发现至关重要。即使纠缠衰减，拓扑仍保持完整，这一事实表明即使在传统编码协议失败的纠缠最小的情况下，也可能存在一种利用纠缠的新编码机制。Forbes表示：“我们将把研究工作的重点放在定义这些新协议和扩大拓扑非局域量子态的范围上。”
