Området topologisk fotonik, specialiserat på utveckling av en klass av material som kallas fotoniska topologiska isolatorer, har utvecklats avsevärt under de senaste decennierna. Fotoniska topologiska isolatorer har många lovande egenskaper, inklusive möjligheten att styra flödet av klassiskt ljus.

Forskare vid University of Science and Technology of China, Sun Yat-sen University och Zhejiang University har nyligen designat och tillverkat topologiskt skyddade dalberoende kvant-nanofotoniska kretsar. Dessa kretsar, presenteras i ett papper publicerat i Fysiska granskningsbrev , demonstrera potentialen att utnyttja det så kallade fotoniska daltillståndet för att realisera applikationer för kvantinformationsbehandling.

En del av forskargruppen, ledd av Jian-Wen Dong vid Sun Yat-sen University, visade tidigare att dalfotoniska kristaller kan vara en mycket effektiv plattform för att förverkliga topologiskt skyddad robust lätta transport på kompakta kiselchips, vilket i sin tur också kan vara användbart för att uppnå on-chip kvantinformationsbehandling. En annan del av teamet, ledd av Xi-Feng Ren vid University of Science and Technology of China, har utfört omfattande forskning med fokus på utveckling av kvantintegrerade fotoniska kretsar.

Nyligen, dessa två team började samarbeta kring forskning som syftar till att slå samman områdena topologisk fotonik och kvantoptik. Som en del av deras senaste studie, de bestämde sig specifikt för att utveckla topologiskt skyddade dalberoende kvantfotoniska kretsar.

"Under de senaste åren har människor har börjat använda topologiska fotoniska strukturer inom kvantinformationsfält, såsom generering av kvanttillstånd, topologiskt skydd för kvant koherens, etc., "Jian-Wen Dong och Xi-Feng Ren, två av forskarna som genomförde den senaste studien, berättade för Phys.org. "Dock, tidigare verk använde vanligtvis vågledaruppsättningar för att bygga topologiska fotoniska strukturer, vilket begränsar uppskalningen av kretsar och flexibel modulering av kvanttillstånd. "

Dong, Ren och deras kollegor designade och tillverkade en nanofoton harpunformad stråldelare (HSBS) som är liten och kompakt. Dessutom, de insåg en hög synlighet två-foton kvantinterferens med denna typ av krets för allra första gången. I synnerhet, deras studie introducerar en strategi för att använda dalens frihet för att uppnå on-chip kvantinformationsbehandling på ett robust sätt och med hjälp av ett kompakt chip.

"Det viktigaste målet för vårt arbete var att realisera kvantstörningar med en topologiskt skyddad dalberoende stråldelare, "Sade Dong och Ren." Som den viktigaste strukturen, den harpunformade stråldelaren bildades av två typer av sexkantiga profilluftshål, som är tillverkade på SOI-skivor med 220 nm tjocka kiselskikt genom elektronstråle litografi. "

Jämfört med tidigare utvecklade topologiska kvantfotoniska kretsar, HSBS skapad av Dong, Ren och deras kollegor är CMOS -kompatibla, skalbar och lättare att integrera i enheter. Dessa egenskaper kan göra dem enklare att använda för storskaliga implementeringar av kvantinformationsbehandling.

"Vi tror att vårt papper avsevärt kan främja konvergensen mellan topologisk fotonik och kvantoptik, att öka intresset för dessa två områden, "Sa Dong och Ren.

Forskarnas insikt i bearbetning av kvantinformationsbehandling kan öppna nya möjligheter för användning av topologisk fotonik för att skapa verkliga enheter. Dessutom, deras papper belyser värdet av dalberoende topologiska kanttillstånd för att uppnå robust kvantinformationsbehandling på kiselchips.

"I framtiden, vi siktar slutligen på att utveckla ett kvantinformationsbehandlingschip baserat på topologisk nanofotonik, "Dong och Ren tillagda." På kort sikt, vi kommer att fortsätta att utforska dalfotoniska kristaller på kvantfotoniska källor och mer komplexa kvantfotoniska kretsar. "

© 2021 Science X Network