امواج الکترومغناطیسی به عنوان جواب های معادلات ماکسول، در خلاء "عرضی" هستند؛ میدان های الکتریکی و مغناطیسی ناشی از نوسان امواج در یک صفحه عرضی در راستای انتشار امواج محدود می شوند. بنابراین، قطبش این میدان ها با یک برهم‌نهی برداری دلخواه از دو بردار که در صفحه عرضی قرار دارند، توصیف می شود. گرچه باریکه های قطبیده با توزیع فضایی یکنواخت در اپتیک زیاد مورد استفاده قرار می گیرند، اما پرتوهای قطبیده ساختاریافته مکانی در دهه‌های گذشته مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند. چنین پرتوهایی ممکن است دارای قطبشی با یک ساختارهای توپولوژیکی کاملا مشخص در یک صفحه باشند، که حتی در انتشار در فضای آزاد بدون تغییر می‌مانند. در یک نگاه کاملا دقیق، قطبش این پرتوها می‌تواند ساختارهای سه بعدی را به نمایش بگذارد و ممکن است منجر به نتاج پرتوهای با میدان الکتریکی یا مغناطیسی طولی شوند. چنین ساختارهایی می‌توانند ویژگی‌هایی مانند حرکت زاویه ای اسپین عرضی و توپولوژی های غیربدیهی مانند نوارهای موبیوس یا روبان ها را نشان دهند.
در این سخنرانی، چالش‌ها و تحولات اخیر در ساختار قطبش پرتوهای نوری را ارائه خواهم داد. ثبات و دینامیک توپولوژی های قطبش دو و سه بعدی، به‌عنوان مثال نوارهای موبیوس و روبان و همچنین گره نیز موضوع این ارائه خواهد بود. در انتها، کاربردهای آن‌ها را در شبیه‌سازی سیستم‌های کوانتومی پیچیده و ارتباطات کوانتومی ارائه خواهم داد.