光子芯片上的量子压缩光源保护

       量子压缩光源是量子传感和量子信息处理的关键资源。非线性晶体中的参量频率转换是量子光学中获取非经典光和产生多光子纠缠态不可或缺的方法。由于晶体固有的光学非线性和有限的相互作用体积的限制，通常需要相当大的泵浦功率来获得有效的非线性相互作用从而产生压缩光，但是这往往也会导致非预期的效果，如对非线性材料的损坏。

       近年来，飞秒激光直写技术因设计灵活、无掩模等特点脱颖而出，加工出的波导结构可以将光场严格束缚在波导内，同时保证紧致聚焦条件和足够的相互作用体积，显著增加了非线性相互作用的强度。

       一般来说，为了构建能够操控多光子的大规模量子系统，必须将各种不同功能模块集成到一块芯片上，然而，受波导制造缺陷以及倏逝波耦合效应的影响，不同基于波导的功能模块之间会发生传输串扰。这种串扰不仅改变了光源所发射光子的量子态，还降低了产生效率等性能。

  拓扑相可以保护物理场免受无序干扰，这种效应是近期对各种非线性光学过程拓扑保护研究的核心，其中也包括光子对产生。然而，尽管量子压缩光源在量子光学中具有重要意义，上述研究多聚焦于较低光子数的情况，而没有进行关于强压缩光拓扑保护的探索。

       近日，上海交通大学集成量子信息技术研究中心主任金贤敏教授领导的课题组提出了一种拓扑保护片上量子压缩光源的方法，将拓扑保护理论与高效的飞秒激光直写技术结合，通过加工特定的拓扑结构构造拓扑相来完成对片上量子压缩光源的性能和演化的保护。相关研究成果已发表于 Photonics Research 2022年第2期，并被遴选为编辑推荐（Editors‘ Pick）亮点文章。

       研究团队在熔融石英上加工出类似于Su Schrieffer Heeger (SSH)晶格的二聚型光源波导阵列，在理论和实验上探索了对压缩光的拓扑保护。在理论上计算了不同拓扑端口处的能带图和局域态密度，并模拟出了泵浦光在不同演化距离下的演化结果。