拓扑保护谷依赖量子光子电路

       光的拓扑态为绝缘体上硅(SOI)板上的信息编码提供了一种有效的方法，近年来，二维光子拓扑绝缘体(PTIs)的研究从理论验证到技术应用开辟了有趣的领域，包括鲁棒边缘态传输、光学延迟线、拓扑保护激光效应和拓扑慢光。有趣的是，与谷相关的螺旋边缘状态沿着相反的圆极化方向运动，称为谷-霍尔边缘输运，这可以通过打破系统的空间反演对称来实现。

       拓扑相变的关键在于打破时间反演对称或反演对称，在某些简并点打开能带结构中的能隙。不具备时间反演对称的光子拓扑绝缘体具有非零Chern数，这通常需要对光子进行外部或有效磁场或对光子晶格的时间调制。另一方面，在时间反演对称系统中，具有特别定制的结构参数和空间结构的光子拓扑绝缘体是很容易获得的。通过打破反演对称性，证明了具有两个不等价亚晶格的二维蜂窝晶格光子晶体是实现后者的强大平台，可以与非零谷Chern数的谷霍尔效应有关。虽然具有反演对称破缺的系统是时间反演不变的，但只要无序不混合与带相关的谷，拓扑保护就会得到体现。

       近日，来自中国科学技术大学量子信息重点实验室的Yang Chen等人设计和制造了基于120度弯曲界面的纳米光子拓扑鱼叉形分束器(HSBSs)，并首次实现了片上谷依赖量子信息处理。该工作还演示了一个简单的量子光子电路和路径纠缠态的产生。该工作表明，光子谷态可以用于量子信息处理，并且可以利用谷相关的光子拓扑绝缘体实现更复杂的量子电路，这为片上量子信息处理提供了一种新的方法。相关工作发表在《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上。（郑江坡）

       文章链接：10.1103/PhysRevLett.126.230503