Een onderzoeksteam onder leiding van academicus Guo Guangcan van de University of Science and Technology of China (USTC) van de Chinese Academy of Sciences (CAS), in samenwerking met onderzoekers van Sun Yat-sen University en Zhejiang University, realiseerde kwantuminterferentie met twee fotonen in de structuur van vallei-afhankelijke topologische isolatoren op basis van het Valley Hall-effect.

De studie is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven op 11 juni, 2021.

Topologische fotonica heeft een praktisch toepassingsperspectief in het onderzoek naar fotonische chips vanwege de robuuste energietransportvoorsprongen. De sleutel tot topologische faseovergang is het genereren van een energiekloof op bepaalde gedegenereerde punten door ofwel de tijdomkeersymmetrie (TRS) of inversiesymmetrie te doorbreken.

Door de ruimtelijke inversiesymmetrie van het systeem te doorbreken, de vallei-afhankelijke spiraalvormige randtoestanden reizen in bepaalde richtingen, wat bekend staat als het Valley-Hall-effect. Zeshoekige roosterfotonische kristallen (PC's) met inequivalente subroosters kunnen de vallei-afhankelijke topologische isolatoren realiseren. Meer compacte en scherpe buigende optische schakelingen kunnen worden gerealiseerd, wat bijdraagt ​​aan apparaatintegratie en robuuste energie.

In recente jaren, robuuste overdracht van kwantumtoestanden in de topologie is een populair onderzoeksonderwerp geweest. Nog, als de kern van fotonische kwantuminformatie, kwantuminterferentie moet nog worden geverifieerd in de topologisch beschermde pc-chip.

Onderzoekers ontwierpen en vervaardigden harpoenvormige bundelsplitsers (HSBS's) in siliciumfotonische kristallen. De oriëntatie van de elektromagnetische fasevortex in pc's met hexagonale roosterstructuur hangt af van de roosterstructuur met verschillende topologische Chern-nummers en de bandpositie, daardoor twee topologische randen van verschillende structuren vormen.

Gebaseerd op 120 graden buigende interfaces, ze realiseerden on-chip Hong-Ou-Mandel (HOM) interferentie in één HSBS met een hoge zichtbaarheid van 95,6%. Verder, het genereren van pad-verstrengelde toestand in vallei-afhankelijke kwantumcircuits wordt gedemonstreerd door twee HSBS's in cascade te plaatsen.

De studie biedt een nieuwe methode voor topologische fotonica, vooral topologische isolatoren, om te worden toegepast in complexere kwantuminformatieverwerking. Reviewers waren het erover eens dat het onderzoek interessant en belangrijk is, en zeer geprezen dat "Dit is een interessant en belangrijk werk. Ik vind de resultaten interessant, vooral, de implementatie van het Hong-Ou-Mande-effect in dit apparaat, wat implicaties kan hebben voor de verwerking van hoogwaardige kwantuminformatie op de chip."