中國科學技術大(dà)學今天發文稱，中國科大(dà)在光(guāng)量子芯片領域取得(de)重要進展。

        中國科大(dà)表示，我校郭光(guāng)燦院士團隊在光(guāng)量子芯片研究中取得(de)重要進展。該團隊任希鋒研究組與中山大(dà)學董建文、浙江大(dà)學戴道鋅等研究組合作，基于光(guāng)子能谷霍爾效應，在能谷相關拓撲絕緣體芯片結構中實現了(le)量子幹涉，相關成果以“編輯推薦文章(zhāng) ( Editors Suggestion)”的(de)形式 6 月(yuè) 11 日發表在國際知名學術期刊《物(wù)理(lǐ)評論快(kuài)報》上。

        拓撲光(guāng)子學由于具有魯棒性的(de)能量輸運性質，在光(guāng)子芯片研究方向具有實用(yòng)化(huà)的(de)應用(yòng)前景。産生拓撲相變的(de)關鍵在于通(tōng)過破壞系統的(de)時(shí)間反演對(duì)稱性或空間反演對(duì)稱性，以在能級簡并點産生能隙，從而形成受拓撲保護的(de)邊界态。對(duì)于空間反演對(duì)稱性被破壞的(de)系統，在拓撲數不同的(de)區(qū)域組成的(de)邊界處，能支持能谷相關的(de)方向性傳播的(de)邊界态模式，即光(guāng)子能谷霍爾效應。具有不同亞晶格能量的(de)周期排布的(de)六角光(guāng)子晶體結構可(kě)實現這(zhè)樣的(de)能谷光(guāng)子拓撲絕緣體，從而可(kě)用(yòng)于構建更加緊湊的(de)急劇彎折的(de)光(guāng)學線路，提高(gāo)光(guāng)子芯片的(de)器件集成度和(hé)魯棒性。近年來(lái)拓撲結構中魯棒性的(de)量子态傳輸成爲熱(rè)門的(de)研究方向，而量子幹涉作爲光(guāng)量子信息過程的(de)核心，尚未在拓撲保護光(guāng)子晶體芯片中實現。

        任希鋒研究組與中山大(dà)學董建文課題組合作在矽光(guāng)子晶體體系中設計并制備出了(le)“魚叉”形的(de)拓撲分(fēn)束器結構。他(tā)們發現六角晶格結構的(de)光(guāng)子晶體中的(de)電場(chǎng)相位渦旋方向依賴于不同拓撲陳數的(de)晶格結構以及其所處的(de)能帶位置，可(kě)以構造出兩種不同結構的(de)拓撲邊界。基于能谷相關方向性傳輸的(de)機理(lǐ)，設計并加工了(le)拐角可(kě)達到 120 度的(de)“魚叉”形拓撲分(fēn)束器，并在此結構上演示了(le)高(gāo)可(kě)見度的(de)雙光(guāng)子幹涉過程，幹涉可(kě)見度達到 95.6%。進一步通(tōng)過級聯兩個(gè)拓撲分(fēn)束器結構演示了(le)片上路徑編碼量子糾纏态的(de)産生。

        該成果爲拓撲光(guāng)子學特别是能谷光(guāng)子拓撲絕緣體結構應用(yòng)于更加深入的(de)量子信息處理(lǐ)過程提供了(le)一個(gè)新的(de)思路，審稿人(rén)一緻認爲這(zhè)是一個(gè)有趣且重要的(de)研究工作，并給出高(gāo)度評價：“This is an interesting and important work （這(zhè)是一個(gè)有趣而且重要的(de)工作）”“I find the results interesting, in particular, the implementation of the HOM effect in this device, which may have implications in high fidelity on-chip quantum information processing（這(zhè)個(gè)結果非常有趣，特别的(de)，器件中實現的(de) HOM 幹涉過程可(kě)能對(duì)高(gāo)保真片上量子信息處理(lǐ)起到重要作用(yòng)）”。

中科院量子信息重點實驗室任希鋒教授、中山大(dà)學董建文教授爲論文共同通(tōng)訊作者，中科院量子信息重點實驗室博士生陳陽和(hé)中山大(dà)學博士後何辛濤爲論文共同第一作者，浙江大(dà)學戴道鋅研究組參與工作。該工作得(de)到了(le)科技部、國家基金委、中國科學院、安徽省以及中國科學技術大(dà)學的(de)資助。