Uma equipe de pesquisa liderada pelo acadêmico Guo Guangcan da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), colaborando com pesquisadores da Sun Yat-sen University e da Zhejiang University, realizaram interferência quântica de dois fótons na estrutura de isoladores topológicos dependentes de vale com base no efeito Hall de vale.

O estudo foi publicado em Cartas de revisão física em 11 de junho, 2021.

A fotônica topológica tem uma perspectiva de aplicação prática na pesquisa de chips fotônicos devido a sua robusta prosperidade no transporte de energia. A chave para a transição de fase topológica é gerar uma lacuna de energia em certos pontos degenerados, quebrando a simetria de reversão de tempo (TRS) ou a simetria de inversão.

Ao quebrar a simetria de inversão espacial do sistema, os estados de borda helicoidal dependentes do vale viajam em certas direções, que é conhecido como efeito Valley-Hall. Cristais fotônicos de rede hexagonal (PCs) com sub-redes inequivalentes podem realizar os isoladores topológicos dependentes do vale. Circuitos ópticos de dobra mais compactos e nítidos podem ser realizados, que contribui para a integração do dispositivo e energia robusta.

Nos últimos anos, transferência robusta de estado quântico em topologia tem sido um tópico de pesquisa quente. Ainda, como o núcleo da informação quântica fotônica, a interferência quântica ainda precisa ser verificada em chips de PCs protegidos topologicamente.

Os pesquisadores projetaram e fabricaram divisores de feixe em forma de arpão (HSBSs) em cristais fotônicos de silício. A orientação do vórtice de fase eletromagnética dentro de PCs com estrutura de rede hexagonal depende da estrutura de rede com diferentes números de Chern topológicos e sua posição de banda, assim, para formar duas bordas topológicas de estruturas diferentes.

Com base em interfaces de flexão de 120 graus, eles perceberam interferência de Hong-Ou-Mandel (HOM) no chip em um HSBS com alta visibilidade de 95,6%. Além disso, a geração do estado emaranhado de caminhos em circuitos quânticos dependentes de vale é demonstrada pela cascata de dois HSBSs.

O estudo fornece um novo método para fotônica topológica, especialmente isoladores topológicos, para ser aplicado em processamento de informações quânticas mais complexas. Os revisores concordaram que a pesquisa é interessante e importante, e elogiou muito que "Este é um trabalho interessante e importante. Acho os resultados interessantes, em particular, a implementação do efeito Hong-Ou-Mande neste dispositivo, o que pode ter implicações no processamento de informações quânticas on-chip de alta fidelidade. "