实现拓扑保护的双光子干涉

　　德国罗斯托克年夜学研究团队哄骗拓扑维护波流传的观点，胜利地波动了光学芯片中两个光子的干预干与。研究团队试验证实了光子对的干预干与举动由人工规范场的磁通量决议，标明拓扑布局可以维护双光子干预干与免受光学元件创造误差带来的扰动。该研究为下一代光量子路线以及受拓扑鲁棒量子门维护的可扩大量子计较摊平了门路。该结果于6月20日颁发正在《迷信》杂志上。

　　© Science 研究论文以《拓扑洪-欧-曼德尔干预干与 (Topological Hong-Ou-Mandel interference)》为题颁发于《迷信》杂志。

　　1987年，物理学家Hong, Ou以及Mandel正在试验中察看到了光子对正在分束器作用下的举动，他们发明一个光子可以或许与其余的光子一路造成干预干与图案。这一冲破性的发明已被证实是包含量子计较机正在内的新型光学量子技能的重要构成局部，纠缠这一基本特性也被包含正在其基本因素以内。直到比来，Hong, Ou以及Mandel的这个试验才与拓扑这一笼统数学观点相干联。

　　罗斯托克年夜学的研究团队正在拓扑布局中摸索了光波导路线中光的演变。拓扑这个笼统的数学观点最后是指凭据平面几何的全体性子来对其分类。研究职员胜利地将光的拓扑鲁棒流传与光子对的干预干与联合起来。

　　经由过程研究光子对正在扭曲波导布局中的举动，研究团队察看到了其特殊的举动，光子对的相长或相消干预干与由人工磁通量决议。这象征着纵然波导体系的外形或长度正在部分内有扰动，量子干预干与也没有受影响，从而其具备鲁棒性。论文的通信作者Szameit诠释说:“正在拓扑体系中，光只遵照波导体系的全局特征。波导的部分扰动，如缺陷、空位以及无序，都不克不及转变光的路径。

　　输出状况扰动下的HOM干预干与可见度。上方图形为两个输出光子正在均衡分束器(灰色)以及具备没有同流传间隔的双折射定向耦合器(BDC，橙色)中发射时遭到耦合强度扰动(△S1)时的平均HOM可见度。底部立体为分开参数区域，此中分束器以及BDC划分正在玄色区域以及橙色区域中完成更好的可见量子干预干与。图片来历: Science.

　　研究团队恒久以来不断正在寻觅量子干预干与与拓扑之间的接洽。Szameit说：“这个成果确凿是一个里程碑。”该研究的第一作者Max Ehrhardt表现:“量子技能面对着庞大过活益增长的问题。是以，光学元件的拓扑维护是一种急需的设计东西，可以确保光学元件正在有限的创造误差下仍失常运作。”

　　研究团队将察看到的独特举动归因于光的量子特征。“一对相遇的光子会以为波导布局是扭曲的，这使患上它们毗连正在一路……而零丁经由过程波导的光子只能履历一个传统的立体。是以，咱们有了拓扑布局上的一个差别。”Ehrhardt接续说道。

　　正在此前的研究中，拓扑布局正在光学中的使用曾经为节制以及维护光束的流传供给了路子。这一研究将拓扑观点扩大到量子光源，标明了光子的量子态也能够获得近似的维护。Szameit说道：“咱们的波导体系为构建光的拓扑体系供给了富厚的可能性。该体系与量子光的共生只是一个初步。”引入拓扑维护的光子器件无望正在非阿贝尔几何相、非守旧体系以及具备彼此作用的多光子量子态等标的目的获得普遍的使用。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8192

报导链接：

https://phys.org/news/2024-06-stabilize-photon-optical-chips-topological.html