120度“鱼叉”实现高可见度双光子干涉

  中国科学技术大学郭光灿院士团队任希锋研究组与中山大学董建文、浙江大学戴道锌等研究组合作，在能谷相关拓扑绝缘体芯片结构中实现量子干涉。相关成果日前发表于《物理评论快报》。

  拓扑光子学由于具有鲁棒性的能量输运性质，在光子芯片研究领域具有实用化的应用前景。产生拓扑相变的关键，在于通过破坏系统的时间反演对称性或空间反演对称性，在能级简并点产生能隙，从而形成受拓扑保护的边界态。具有不同亚晶格能量周期排布的六角光子晶体结构，可实现能谷光子拓扑绝缘体，从而可用于构建更紧凑的急剧弯折光学线路，提高光子芯片的器件集成度和鲁棒性。近年来，拓扑结构中鲁棒性的量子态传输成为热门研究方向，而量子干涉作为光量子信息过程的核心，尚未在拓扑保护光子晶体芯片中实现。

  研究人员在硅光子晶体体系中设计并制备出“鱼叉”形拓扑分束器结构。他们发现六角晶格结构的光子晶体中电场相位涡旋方向，依赖于不同拓扑陈数的晶格结构，以及其所处的能带位置，可以构造出两种不同结构的拓扑边界。基于能谷相关方向性传输机理，研究人员设计并加工了拐角可达120度的“鱼叉”形拓扑分束器，并演示了高可见度双光子干涉，干涉可见度达95.6%。

  该成果为拓扑光子学特别是能谷光子拓扑绝缘体结构应用于更深入的量子信息处理过程提供了新思路。审稿人认为，这是一个有趣且重要的工作，可能对高保真片上量子信息处理起到重要作用。

  相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.230503