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研究團隊在能谷相關(guān)拓?fù)浣^緣體芯片結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)量子干涉

2021-06-22 15:29:49 來源：中國科學(xué)報

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊任希鋒研究組與中山大學(xué)董建文、浙江大學(xué)戴道鋅等研究組合作，在能谷相關(guān)拓?fù)浣^緣體芯片結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)量子干涉。相關(guān)成果日前發(fā)表于《物理評論快報》。

拓?fù)涔庾訉W(xué)由于具有魯棒性的能量輸運性質(zhì)，在光子芯片研究領(lǐng)域具有實用化的應(yīng)用前景。產(chǎn)生拓?fù)湎嘧兊年P(guān)鍵，在于通過破壞系統(tǒng)的時間反演對稱性或空間反演對稱性，在能級簡并點產(chǎn)生能隙，從而形成受拓?fù)浔Ｗo(hù)的邊界態(tài)。具有不同亞晶格能量周期排布的六角光子晶體結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)能谷光子拓?fù)浣^緣體，從而可用于構(gòu)建更緊湊的急劇彎折光學(xué)線路，提高光子芯片的器件集成度和魯棒性。近年來，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中魯棒性的量子態(tài)傳輸成為熱門研究方向，而量子干涉作為光量子信息過程的核心，尚未在拓?fù)浔Ｗo(hù)光子晶體芯片中實現(xiàn)。

研究人員在硅光子晶體體系中設(shè)計并制備出“魚叉”形拓?fù)浞质鹘Y(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)六角晶格結(jié)構(gòu)的光子晶體中電場相位渦旋方向，依賴于不同拓?fù)潢悢?shù)的晶格結(jié)構(gòu)，以及其所處的能帶位置，可以構(gòu)造出兩種不同結(jié)構(gòu)的拓?fù)溥吔?。基于能谷相關(guān)方向性傳輸機理，研究人員設(shè)計并加工了拐角可達(dá)120度的“魚叉”形拓?fù)浞质?，并演示了高可見度雙光子干涉，干涉可見度達(dá)95.6%。

該成果為拓?fù)涔庾訉W(xué)特別是能谷光子拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)應(yīng)用于更深入的量子信息處理過程提供了新思路。審稿人認(rèn)為，這是一個有趣且重要的工作，可能對高保真片上量子信息處理起到重要作用。