Un gruppo di ricerca guidato dall'accademico Guo Guangcan della University of Science and Technology of China (USTC) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS), collaborando con ricercatori della Sun Yat-sen University e della Zhejiang University, realizzato un'interferenza quantistica a due fotoni nella struttura di isolanti topologici dipendenti dalla valle in base all'effetto Hall della valle.

Lo studio è stato pubblicato su Lettere di revisione fisica l'11 giugno, 2021.

La fotonica topologica ha una prospettiva di applicazione pratica nella ricerca di chip fotonici grazie alle sue solide prosperità nel trasporto di energia. La chiave per la transizione di fase topologica è generare un gap energetico in determinati punti degeneri rompendo la simmetria di inversione temporale (TRS) o la simmetria di inversione.

Rompendo la simmetria di inversione spaziale del sistema, gli stati del bordo elicoidale dipendenti dalla valle viaggiano in determinate direzioni, noto come effetto Valley-Hall. Cristalli fotonici a reticolo esagonale (PC) con sottoreticoli non equivalenti possono realizzare gli isolanti topologici dipendenti dalla valle. Si possono realizzare circuiti ottici più compatti e a curvatura netta, che contribuisce all'integrazione del dispositivo e all'energia robusta.

Negli ultimi anni, il trasferimento di stato quantistico robusto nella topologia è stato un argomento di ricerca caldo. Ancora, come il nucleo dell'informazione quantistica fotonica, l'interferenza quantistica resta da verificare nei chip dei PC topologicamente protetti.

I ricercatori hanno progettato e fabbricato divisori di fascio a forma di arpione (HSBS) in cristalli fotonici di silicio. L'orientamento del vortice di fase elettromagnetico all'interno di PC con struttura reticolare esagonale dipende dalla struttura reticolare con diversi numeri di Chern topologici e dalla sua posizione di banda, in tal modo per formare due bordi topologici di strutture diverse.

Basato su interfacce di piegatura a 120 gradi, hanno realizzato interferenze Hong-Ou-Mandel (HOM) su chip in un HSBS con un'elevata visibilità del 95,6%. Per di più, la generazione di uno stato percorso entangled nei circuiti quantistici dipendenti dalla valle è dimostrata dalla cascata di due HSBS.

Lo studio fornisce un nuovo metodo per la fotonica topologica, soprattutto isolanti topologici, da applicare nell'elaborazione di informazioni quantistiche più complesse. I revisori hanno convenuto che la ricerca è interessante e importante, e molto elogiato che "Questo è un lavoro interessante e importante. Trovo i risultati interessanti, in particolare, l'implementazione dell'effetto Hong-Ou-Mande in questo dispositivo, che potrebbe avere implicazioni nell'elaborazione delle informazioni quantistiche su chip ad alta fedeltà."