研究團隊在能谷相關拓撲絕緣體芯片結構中實現量子干涉
中國科學技術大學郭光燦院士團隊任希鋒研究組與中山大學董建文、浙江大學戴道鋅等研究組合作，在能谷相關拓撲絕緣體芯片結構中實現量子干涉。相關成果日前發表于《物理評論快報》。
拓撲光子學由于具有魯棒性的能量輸運性質，在光子芯片研究領域具有實用化的應用前景。產生拓撲相變的關鍵，在于通過破壞系統的時間反演對稱性或空間反演對稱性，在能級簡并點產生能隙，從而形成受拓撲保護的邊界態。具有不同亞晶格能量周期排布的六角光子晶體結構，可實現能谷光子拓撲絕緣體，從而可用于構建更緊湊的急劇彎折光學線路，提高光子芯片的器件集成度和魯棒性。近年來，拓撲結構中魯棒性的量子態傳輸成為熱門研究方向，而量子干涉作為光量子信息過程的核心，尚未在拓撲保護光子晶體芯片中實現。
研究人員在硅光子晶體體系中設計并制備出“魚叉”形拓撲分束器結構。他們發現六角晶格結構的光子晶體中電場相位渦旋方向，依賴于不同拓撲陳數的晶格結構，以及其所處的能帶位置，可以構造出兩種不同結構的拓撲邊界。基于能谷相關方向性傳輸機理，研究人員設計并加工了拐角可達120度的“魚叉”形拓撲分束器，并演示了高可見度雙光子干涉，干涉可見度達95.6%。
該成果為拓撲光子學特別是能谷光子拓撲絕緣體結構應用于更深入的量子信息處理過程提供了新思路。審稿人認為，這是一個有趣且重要的工作，可能對高保真片上量子信息處理起到重要作用。
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