Het gebied van topologische fotonica, gespecialiseerd in de ontwikkeling van een klasse materialen die bekend staat als fotonische topologische isolatoren, is de afgelopen decennia aanzienlijk vooruitgegaan. Fotonische topologische isolatoren hebben veel veelbelovende eigenschappen, inclusief de mogelijkheid om de stroom van klassiek licht te regelen.

Onderzoekers van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, Sun Yat-sen University en Zhejiang University hebben onlangs topologisch beschermde vallei-afhankelijke quantum nanofotonische circuits ontworpen en gefabriceerd. Deze kringen, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , demonstreren het potentieel van het gebruik van de zogenaamde fotonische valleistaat om kwantuminformatieverwerkingstoepassingen te realiseren.

Een deel van het onderzoeksteam, geleid door Jian-Wen Dong aan de Sun Yat-sen University, toonde eerder aan dat fotonische kristallen uit de vallei een zeer efficiënt platform kunnen zijn voor het realiseren van topologisch beschermd robuust lichttransport op compacte siliciumchips, die op hun beurt ook nuttig kunnen zijn om kwantuminformatieverwerking op de chip te realiseren. Een ander deel van het team, geleid door Xi-Feng Ren aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China, heeft uitgebreid onderzoek gedaan gericht op de ontwikkeling van quantum-geïntegreerde fotonische circuits.

Onlangs, deze twee teams begonnen samen te werken aan onderzoek gericht op het samenvoegen van de velden van topologische fotonica en kwantumoptica. Als onderdeel van hun recente onderzoek, ze wilden specifiek topologisch beschermde vallei-afhankelijke kwantumfotonische circuits ontwikkelen.

"In recente jaren, mensen begonnen topologische fotonische structuren te gebruiken in het kwantuminformatieveld, zoals het genereren van kwantumtoestanden, topologische bescherming van kwantumcoherentie, enzovoort., "Jian-Wen Dong en Xi-Feng Ren, twee van de onderzoekers die de recente studie hebben uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Echter, eerdere werken gebruikten meestal golfgeleiderarrays om topologische fotonische structuren te bouwen, die het opschalen van circuits en flexibele modulatie van kwantumtoestanden beperkt."

Dong, Ren en hun collega's hebben een nanofotonische harpoenvormige bundelsplitser (HSBS) ontworpen en gefabriceerd die klein en compact is. In aanvulling, ze realiseerden voor de allereerste keer een goed zichtbare kwantuminterferentie met twee fotonen met behulp van dit type circuit. Opmerkelijk, hun studie introduceert een strategie om de vrijheidsgraad van de vallei te gebruiken om op een robuuste manier en met behulp van een compacte chip on-chip kwantuminformatieverwerking te realiseren.

"Het belangrijkste doel van ons werk was om kwantuminterferentie te realiseren met een topologisch beschermde vallei-afhankelijke bundelsplitser, " zeiden Dong en Ren. "Als de belangrijkste structuur, de harpoenvormige bundelsplitser werd gevormd door twee soorten luchtgaten met zeshoekig profiel, die zijn vervaardigd op SOI-wafels met 220 nm dikke siliciumlagen door elektronenstraallithografie."

Vergeleken met eerder ontwikkelde topologische kwantumfotonische circuits, de HSBS gecreëerd door Dong, Ren en hun collega's zijn CMOS-compatibel, schaalbaar en gemakkelijker te integreren in apparaten. Deze kwaliteiten kunnen ze gemakkelijker te gebruiken maken voor grootschalige implementaties van kwantuminformatieverwerking.

"We geloven dat ons artikel de convergentie van topologische fotonica en kwantumoptica aanzienlijk kan bevorderen, het wekken van brede belangstelling voor deze twee gebieden, ' zeiden Dong en Ren.

De realisatie van on-chip kwantuminformatieverwerking door de onderzoekers zou nieuwe mogelijkheden kunnen bieden voor het gebruik van topologische fotonica om echte apparaten te creëren. In aanvulling, hun paper benadrukt de waarde van vallei-afhankelijke topologische randtoestanden voor het bereiken van robuuste kwantuminformatieverwerking op siliciumchips.

"In de toekomst, we willen uiteindelijk een kwantuminformatieverwerkingschip ontwikkelen op basis van topologische nanofotonica, "Dong en Ren toegevoegd. "Op korte termijn, we zullen doorgaan met het verkennen van fotonische kristallen uit de vallei op kwantumfotonische bronnen en complexere kwantumfotonische circuits."

© 2021 Science X Network