近日,中国科学技术大学郭光灿院士团队在光量子芯片研究中取得重要进展。中国科大消息显示,该团队任希锋研究组与中山大学董建文、浙江大学戴道锌等研究组合作,基于光子能谷霍尔效应,在能谷相关拓扑绝缘体芯片结构中实现了量子干涉。

 

据了解,拓扑光子学由于具有鲁棒性的能量输运性质,在光子芯片研究方向具有实用化的应用前景。产生拓扑相变的关键在于通过破坏系统的时间反演对称性或空间反演对称性,以在能级简并点产生能隙,从而形成受拓扑保护的边界态。

 

该成果为拓扑光子学特别是能谷光子拓扑绝缘体结构应用于更加深入的量子信息处理过程提供了一个新的思路。

 

具体来看,任希锋研究组与中山大学董建文课题组合作在硅光子晶体体系中设计并制备出了“鱼叉”形的拓扑分束器结构。研究人员发现六角晶格结构的光子晶体中的电场相位涡旋方向依赖于不同拓扑陈数的晶格结构以及其所处的能带位置,可以构造出两种不同结构的拓扑边界。

 

据介绍,基于能谷相关方向性传输的机理,设计并加工了拐角可达到120度的“鱼叉”形拓扑分束器,并在此结构上演示了高可见度的双光子干涉过程,干涉可见度达到95.6%。进一步通过级联两个拓扑分束器结构演示了片上路径编码量子纠缠态的产生。

 

值得一提的是,该工作得到了科技部、国家基金委、中国科学院、安徽省以及中国科学技术大学的资助。