El campo de la fotónica topológica, especializado en el desarrollo de una clase de materiales conocidos como aislantes topológicos fotónicos, ha avanzado considerablemente en las últimas décadas. Los aislantes topológicos fotónicos tienen muchas cualidades prometedoras, incluida la capacidad de controlar el flujo de luz clásica.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, La Universidad Sun Yat-sen y la Universidad de Zhejiang han diseñado y fabricado recientemente circuitos nanofotónicos cuánticos dependientes de valles protegidos topológicamente. Estos circuitos, presentado en un artículo publicado en Cartas de revisión física , demuestran el potencial de aprovechar el llamado estado de valle fotónico para realizar aplicaciones de procesamiento de información cuántica.

Una parte del equipo de investigación, dirigido por Jian-Wen Dong en la Universidad Sun Yat-sen, mostró anteriormente que los cristales fotónicos de valle podrían ser una plataforma altamente eficiente para realizar un transporte de luz robusto protegido topológicamente en chips de silicio compactos, lo que a su vez también podría ser útil para lograr el procesamiento de información cuántica en chip. Otra parte del equipo, dirigido por Xi-Feng Ren en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha realizado una extensa investigación centrada en el desarrollo de circuitos fotónicos integrados cuánticos.

Recientemente, estos dos equipos empezaron a colaborar en investigaciones destinadas a fusionar los campos de la fotónica topológica y la óptica cuántica. Como parte de su estudio reciente, se propusieron específicamente desarrollar circuitos fotónicos cuánticos dependientes de valles topológicamente protegidos.

"En años recientes, la gente comenzó a utilizar estructuras fotónicas topológicas en el campo de información cuántica, como la generación de estados cuánticos, protección topológica de la coherencia cuántica, etc., "Jian-Wen Dong y Xi-Feng Ren, dos de los investigadores que llevaron a cabo el estudio reciente, dijo Phys.org. "Sin embargo, Los trabajos anteriores solían utilizar matrices de guías de ondas para construir estructuras fotónicas topológicas, que restringe la ampliación de circuitos y la modulación flexible de estados cuánticos ".

Polla, Ren y sus colegas diseñaron y fabricaron un divisor de haz nanofotónico en forma de arpón (HSBS) que es pequeño y compacto. Además, se dieron cuenta de una interferencia cuántica de dos fotones de alta visibilidad utilizando este tipo de circuito por primera vez. Notablemente, su estudio presenta una estrategia para utilizar el grado de libertad valle para lograr el procesamiento de información cuántica en el chip de una manera robusta y utilizando un chip compacto.

"El objetivo clave de nuestro trabajo fue realizar la interferencia cuántica con un divisor de haz dependiente del valle protegido topológicamente, "Dijeron Dong y Ren." Como la estructura más importante, El divisor de haz en forma de arpón estaba formado por dos tipos de orificios de aire de perfil hexagonal, que se fabrican en obleas SOI con capas de silicio de 220 nm de espesor mediante litografía por haz de electrones ".

En comparación con los circuitos fotónicos cuánticos topológicos desarrollados anteriormente, el HSBS creado por Dong, Ren y sus colegas son compatibles con CMOS, escalable y más fácil de integrar en dispositivos. Estas cualidades podrían facilitar su uso para implementaciones de procesamiento de información cuántica a gran escala.

"Creemos que nuestro artículo puede promover significativamente la convergencia de la fotónica topológica y la óptica cuántica, despertar un interés generalizado en estos dos campos, "Dijeron Dong y Ren.

La realización por parte de los investigadores del procesamiento de información cuántica en chip podría abrir nuevas posibilidades para el uso de fotónica topológica para crear dispositivos reales. Además, su artículo destaca el valor de los estados de borde topológicos dependientes del valle para lograr un procesamiento robusto de información cuántica en chips de silicio.

"En el futuro, En última instancia, nuestro objetivo es desarrollar un chip de procesamiento de información cuántica basado en nanofotónica topológica, "Dong y Ren agregaron." A corto plazo, Continuaremos explorando cristales fotónicos de valle en fuentes fotónicas cuánticas y circuitos fotónicos cuánticos más complejos ".

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