Realiseringen af ​​topologisk beskyttede dalafhængige kvantefotoniske chips

Området for topologisk fotonik, specialiseret i udvikling af en klasse af materialer kendt som fotoniske topologiske isolatorer, er gået betydeligt frem i løbet af de sidste årtier. Fotoniske topologiske isolatorer har mange lovende kvaliteter, herunder evnen til at kontrollere strømmen af ​​klassisk lys.

Forskere ved University of Science and Technology i Kina, Sun Yat-sen University og Zhejiang University har for nylig designet og fremstillet topologisk beskyttede dalafhængige kvante nanofotoniske kredsløb. Disse kredsløb, præsenteret i et papir offentliggjort i Fysiske anmeldelsesbreve , demonstrere potentialet i at udnytte den såkaldte fotoniske daltilstand til at realisere kvanteinformationsbehandlingsapplikationer.

En del af forskergruppen, ledet af Jian-Wen Dong ved Sun Yat-sen University, tidligere vist, at dalens fotoniske krystaller kunne være en yderst effektiv platform til at realisere topologisk beskyttet robust lystransport på kompakte siliciumchips, hvilket igen kunne være nyttigt til at opnå on-chip kvanteinformationsbehandling. En anden del af holdet, ledet af Xi-Feng Ren ved University of Science and Technology i Kina, har udført omfattende forskning med fokus på udvikling af kvanteintegrerede fotoniske kredsløb.

For nylig, disse to hold begyndte at samarbejde om forskning med det formål at fusionere områderne topologisk fotonik og kvanteoptik. Som en del af deres nylige undersøgelse, de satte sig specifikt for at udvikle topologisk beskyttede dalafhængige kvantefotoniske kredsløb.

"I de seneste år, folk begyndte at bruge topologiske fotoniske strukturer i kvanteinformationsfeltet, såsom frembringelse af kvantetilstande, topologisk beskyttelse af kvantekohærens, etc., "Jian-Wen Dong og Xi-Feng Ren, to af de forskere, der udførte den nylige undersøgelse, fortalte Phys.org. "Imidlertid, tidligere værker brugte typisk bølgelederarrays til at bygge topologiske fotoniske strukturer, som begrænser opskalering af kredsløb og fleksibel modulering af kvantetilstande."

Dong, Ren og deres kolleger designede og fremstillede en nanofotonisk harpunformet stråledeler (HSBS), der er lille og kompakt. Ud over, de realiserede en høj synlighed to-foton kvanteinterferens ved at bruge denne type kredsløb for allerførste gang. Især deres undersøgelse introducerer en strategi for at bruge dalens frihedsgrad til at opnå on-chip kvanteinformationsbehandling på en robust måde og ved hjælp af en kompakt chip.

"Hovedmålet med vores arbejde var at realisere kvanteinterferens med en topologisk beskyttet dalafhængig strålesplitter, " Dong og Ren sagde. "Som den vigtigste struktur, den harpunformede stråledeler blev dannet af to slags sekskantede lufthuller, som er fremstillet på SOI-skiver med 220 nm tykke siliciumlag ved elektronstråle-litografi. "

Sammenlignet med tidligere udviklede topologiske kvantefotoniske kredsløb, HSBS skabt af Dong, Ren og deres kolleger er CMOS-kompatible, skalerbar og lettere at integrere i enheder. Disse kvaliteter kunne gøre dem lettere at bruge til storskala implementeringer af kvanteinformationsbehandling.

"Vi mener, at vores papir i væsentlig grad kan fremme konvergensen af ​​topologisk fotonik og kvanteoptik, vækker bred interesse for disse to områder, " sagde Dong og Ren.

Forskernes realisering af on-chip kvanteinformationsbehandling kan åbne op for nye muligheder for brugen af ​​topologisk fotonik til at skabe rigtige enheder. Ud over, deres papir fremhæver værdien af ​​dalafhængige topologiske kanttilstande for at opnå robust kvanteinformationsbehandling på siliciumchips.

"I fremtiden, vi sigter i sidste ende mod at udvikle en kvanteinformationsbehandlingschip baseret på topologisk nanofotonik, "Dong og Ren tilføjede. "På kort sigt, vi vil fortsætte med at udforske dalfotoniske krystaller på kvantefotoniske kilder og mere komplekse kvantefotoniske kredsløb. "

© 2021 Science X Network