Onlangs in een artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications , introduceerde een team van wetenschappers, onder leiding van professor Yan Li en professor Qihuang Gong van het State Key Laboratory for Artificial Microstructure and Mesoscopic Physics, School of Physics, Peking University, China, en collega's de fractal in fotonische AFTI's en hebben de eerste aangetoond experimentele realisatie van fractale fotonische AFTI's in glas met behulp van de FLDW-techniek.

De roosterlocaties zijn gerangschikt volgens de tweede generatie (G(2)) dubbele Sierpinski-tapijt (DSC)-structuur, waarvan de Hausdorff-afmeting 1,89D is. De koppeling tussen aangrenzende golfgeleiders is geconfigureerd volgens het volledige overdrachtsdiscrete aandrijfprotocol:bij elke stap wordt slechts één soort koppeling ingeschakeld wanneer twee golfgeleiders dichtbij elkaar naderen om een ​​horizontale of verticale directionele koppeling (DC) te vormen en de andere drie zijn uitgeschakeld , en de theoretische doorlaatbaarheid van elke DC is ingesteld op 100%.

De individuele koppelingen worden gegarandeerd door de speciaal ontworpen 3D-golfgeleiderstructuur op basis van DC's, heel anders dan de eerdere fractale roosters opgebouwd uit identieke rechte golfgeleiders of spiraalvormige golfgeleiders. In de gefabriceerde fractale AFTI-monsters met één periode is het aantal DC's maximaal 88, maar minder dan dat in een compleet rooster.

Het kan worden gevonden in het quasi-energiespectrum van het DSC-rooster bij G (2), het fractale rooster behoudt de chirale buitenrandmodus in het oorspronkelijke normale rooster, en genereert twee chirale binnenrandmodi IEA en IEB, die de tegenovergestelde chiraliteit hebben met de buitenrandmodus en planten zich voort langs de binnengrenzen van het rooster. De fractale AFTI met minder golfgeleiders ondersteunt 4 soorten modi:17 buitenste randmodi, 7 binnenrandmodi IEA, 24 binnenrandmodi IEB en 16 bulkmodi. Het aantal chirale randmodi dat door een enkel rooster wordt gedragen, neemt dus aanzienlijk toe tot 48.

Door excitatie van de laser op één locatie, hoewel er afwijkingen in de koppelingssterkte bestaan ​​in het vervaardigde monster, komt het gemeten modusoverdrachtsgedrag van chirale randmodi goed overeen met de theoretische simulatieresultaten, wat de robuustheid van de chirale randmodus aangeeft.

Bovendien, wanneer het aangeslagen licht een paar gecorreleerde fotonen is, worden de gegenereerde chirale buitenrandtoestand en binnenrandtoestand van een enkel foton topologisch beschermd in modiverdeling en kwantumcorrelatie tijdens het kwantumtoestandstransport in het rooster. De waargenomen, goed zichtbare kwantuminterferenties bevestigen dat meerdere zich voortplantende chirale randtoestanden van één foton in hoge mate niet van elkaar te onderscheiden zijn, wat het potentieel biedt voor het genereren van topologisch beschermde verstrengelingsbronnen en het uitvoeren van kwantumlogische bewerkingen.

"Met de groei van fractale generaties neemt het type en het aantal chirale randmodi in een enkel rooster aanzienlijk toe. Wanneer de geïnjecteerde fotonen multi-fotonen zijn, of fotonen in superpositietoestanden of verstrengelde toestanden, neemt de kwantuminformatiecapaciteit van een enkele fractale fotonische rooster kan verder worden uitgebreid”, aldus de onderzoekers.

"Fractale fotonische AFTI's kunnen tegelijkertijd meerdere topologisch beschermde kwantumchirale randtoestanden dragen, zodat ze kunnen dienen als een stabiele drager voor kwantuminformatieoverdracht met hoge capaciteit. Er wordt verwacht dat ze kunnen worden gebruikt in schaalbare multi-foton topologische kwantumberekeningen en kwantumsimulatie van systemen met meerdere deeltjes. Naast het Sierpinski-tapijt en de Sierpinski-pakking kan dit zich uitstrekken tot vele andere fractale structuren, die het veld van fractale fotonische TI's kunnen verbreden", zeggen de wetenschappers.

Meer informatie: Meng Li et al, Fractal fotonische afwijkende Floquet topologische isolatoren om meerdere kwantumchirale randtoestanden te genereren, Licht:Wetenschap en toepassingen (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01307-y

Journaalinformatie: Licht:wetenschap en toepassingen

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen