Un aislador topológico Floquet anómalo (AFTI) es un aislador topológico accionado periódicamente (TI con números de devanado distintos de cero para admitir modos de borde topológicos, aunque sus invariantes topológicas estándar, como los números de Chern, son cero.
La red fotónica construida por una matriz de guías de ondas ópticas fabricada mediante escritura directa por láser de femtosegundo (FLDW) es una plataforma importante para la simulación cuántica para realizar AFTI fotónicos, porque el FLDW ofrece un diseño flexible de estructuras de guías de ondas tridimensionales (3D) reales y un control preciso. de cada acoplamiento entre guías de ondas. Además, la distancia de evolución de la red se puede representar como el tiempo de evolución.
En los AFTI fotónicos escritos directamente con láser de femtosegundo, el acoplamiento selectivo de guías de onda adyacentes en un ciclo se define explícitamente mediante el protocolo de conducción periódica discreta. En el protocolo de conducción discreta de transferencia completa, los modos de borde quiral coexisten con los modos masivos sin dispensación, y la eficiencia de transferencia de energía reticular del modo de borde quiral es la más alta entre todos los TI (cerca del 100%), por lo que es muy adecuado. para el transporte de estados cuánticos frágiles.
Sin embargo, la mayoría de los AFTI fotónicos generalmente admiten solo un tipo de modo de borde quiral incluso en un tamaño de red grande, exhibiendo solo una quiralidad y solo se propagan a lo largo de los límites externos de las redes, lo que no puede cumplir con el requisito de escalabilidad para el multiestado. Sistema cuántico topológico y computación cuántica óptica a gran escala. Cómo aumentar el tipo y el número de modos de borde quirales en una única red fotónica es un desafío.
Recientemente, en un artículo publicado en Light:Science &Applications , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Yan Li y el profesor Qihuang Gong del Laboratorio Estatal Clave de Microestructura Artificial y Física Mesoscópica de la Facultad de Física de la Universidad de Pekín, China, y sus compañeros de trabajo introdujeron el fractal en AFTI fotónicos y demostraron el primer Realización experimental de AFTI fotónicos fractales en vidrio mediante la técnica FLDW.
Los sitios de la red están dispuestos de acuerdo con la estructura de alfombra de Sierpinski dual (DSC) de segunda generación (G (2)), cuya dimensión de Hausdorff es 1,89D. El acoplamiento entre guías de ondas adyacentes se configura de acuerdo con el protocolo de conducción discreta de transferencia completa:en cada paso, solo se activa un tipo de acoplamiento cuando dos guías de ondas se acercan para formar un acoplador direccional (DC) horizontal o vertical y los otros tres están apagados. y la transmitividad teórica de cada DC se establece en 100%.
Los acoplamientos individuales están garantizados por la estructura de guía de ondas 3D especialmente diseñada basada en CC, muy diferente de las anteriores redes fractales construidas por guías de ondas rectas o helicoidales idénticas. En las muestras AFTI fractales de un período fabricadas, el número de países en desarrollo es de hasta 88, pero menos que en una red completa.
Se puede encontrar en el espectro de cuasienergía de la red DSC en G (2), la red fractal conserva el modo de borde exterior quiral en la red normal original y genera dos modos de borde interior quiral IEA e IEB, que tienen la quiralidad opuesta con el modo de borde exterior y se propagan a lo largo de los límites internos de la red. El AFTI fractal con menos guías de onda admite 4 tipos de modos:17 modos de borde exterior, 7 modos de borde interior IEA, 24 modos de borde interior IEB y 16 modos masivos. Por lo tanto, el número de modos de borde quirales transportados por una sola red aumenta enormemente a 48.
Mediante la excitación del láser en un solo sitio, aunque existen desviaciones en la fuerza de acoplamiento en la muestra fabricada, los comportamientos de transferencia de modo medidos de los modos de borde quiral concuerdan bien con los resultados de la simulación teórica, lo que indica la solidez del modo de borde quiral.
Además, cuando la luz excitada es un par de fotones correlacionados, el estado de borde externo quiral de fotón único generado y el estado de borde interno están topológicamente protegidos en la distribución de modos y la correlación cuántica durante el transporte del estado cuántico en la red. Las interferencias cuánticas de alta visibilidad observadas verifican que múltiples estados de borde quirales de fotón único que se propagan son altamente indistinguibles, lo que proporciona el potencial para generar recursos de entrelazamiento topológicamente protegidos y realizar operaciones de lógica cuántica.
"Con el crecimiento de las generaciones fractales, el tipo y número de modos de borde quirales en una sola red aumentan significativamente. Cuando los fotones inyectados son multifotones, o fotones en estados de superposición o estados entrelazados, la capacidad de información cuántica de un único fotónico fractal La red se puede ampliar aún más", añaden los investigadores.
"Los AFTI fotónicos fractales pueden transportar simultáneamente múltiples estados de borde quirales cuánticos topológicamente protegidos, por lo que pueden servir como un portador estable para la transmisión de información cuántica de alta capacidad. Se espera que puedan usarse en simulación cuántica y computación cuántica topológica multifotónica escalable. "Además de la alfombra de Sierpinski y la junta de Sierpinski, esto puede extenderse a muchas otras estructuras fractales, lo que puede ampliar el campo de los TI fotónicos fractales", afirman los científicos.
Más información: Meng Li et al, Aisladores topológicos de Floquet anómalos fotónicos fractales para generar múltiples estados de borde quirales cuánticos, Luz:ciencia y aplicaciones (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01307-y
Información de la revista: Luz:ciencia y aplicaciones
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
