Fraktal fotonisk anomal Floquet topologiske isolatorer til at generere flere kvante chirale kanttilstande

For nylig i en artikel offentliggjort i Light:Science &Applications , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Yan Li og professor Qihuang Gong fra State Key Laboratory for Artificial Microstructure and Mesoscopic Physics, School of Physics, Peking University, Kina, og kolleger introducerede fraktalen i fotoniske AFTI'er og har demonstreret den første eksperimentel realisering af fraktale fotoniske AFTI'er i glas ved hjælp af FLDW-teknikken.

Gitterstederne er arrangeret i henhold til andengenerations (G(2)) dobbelt Sierpinski tæppe (DSC) struktur, hvis Hausdorff dimension er 1,89D. Koblingen mellem tilstødende bølgeledere er konfigureret i overensstemmelse med den komplette overførselsdiskrete køreprotokol:i hvert trin er kun én slags kobling tændt, når to bølgeledere nærmer sig tæt på at danne en horisontal eller vertikal retningsbestemt kobling (DC), og de tre andre er slukket , og den teoretiske transmittivitet for hver DC er sat til 100%.

De individuelle koblinger er garanteret af den specialdesignede 3D-bølgelederstruktur baseret på DC'er, helt anderledes end de tidligere fraktale gitter konstrueret af identiske lige bølgeledere eller spiralformede bølgeledere. I de fremstillede en-periode fraktale AFTI-prøver er antallet af DC'er op til 88, men mindre end det i et komplet gitter.

Det kan findes i quasienergy-spektret af DSC-gitteret ved G(2), fraktalgitteret bevarer den chirale ydre kanttilstand i det oprindelige normale gitter og genererer to chirale indre kanttilstande IEA og IEB, som har den modsatte chiralitet med den ydre kanttilstand og udbreder sig langs gitterets indre grænser. Den fraktale AFTI med færre bølgeledere understøtter 4 slags tilstande:17 ydre kanttilstande, 7 indre kanttilstande IEA, 24 indre kanttilstande IEB og 16 bulktilstande. Således stiger antallet af chirale kanttilstande båret af et enkelt gitter kraftigt til 48.

Ved single-site excitation af laser, selvom der eksisterer koblingsstyrkeafvigelser i den fremstillede prøve, stemmer den målte tilstandsoverførselsadfærd for chirale kanttilstande godt overens med de teoretiske simuleringsresultater, hvilket indikerer robustheden af ​​den chirale kanttilstand.

Ydermere, når det exciterede lys er et par korrelerede fotoner, er den genererede enkeltfoton chirale ydre kanttilstand og indre kanttilstand topologisk beskyttet i tilstandsfordeling og kvantekorrelation under kvantetilstandstransporten i gitteret. De observerede kvanteinterferenser med høj synlighed bekræfter, at flere udbredende enkeltfoton chirale kanttilstande er meget ude af skel, hvilket giver potentialet til at generere topologisk beskyttede sammenfiltringsressourcer og udføre kvantelogiske operationer.

"Med væksten af ​​fraktale generationer øges typen og antallet af chirale kanttilstande i et enkelt gitter betydeligt. Når de injicerede fotoner er multifotoner eller fotoner i superpositionstilstande eller sammenfiltrede tilstande, vil kvanteinformationskapaciteten af ​​en enkelt fraktal fotonik gitteret kan udvides yderligere," tilføjede forskerne.

"Fraktale fotoniske AFTI'er kan samtidigt bære flere topologisk beskyttede kvantechirale kanttilstande, så de kan tjene som en stabil bærer for højkapacitets kvanteinformationstransmission. Det forventes, at de kan bruges i skalerbar multi-foton topologisk kvanteberegning og kvantesimulering af multi-partikelsystemer Ud over Sierpinski-tæppet og Sierpinski-pakningen kan dette udvides til mange andre fraktale strukturer, som kan udvide feltet af fraktale fotoniske TI'er," siger forskerne.

Flere oplysninger: Meng Li et al., Fractal photonic anomalous Floquet topologiske isolatorer til at generere flere kvante chirale kanttilstande, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01307-y

Journaloplysninger: Lys:Videnskab og applikationer

Leveret af Chinese Academy of Sciences