O campo da fotônica topológica, especializada no desenvolvimento de uma classe de materiais conhecidos como isolantes topológicos fotônicos, avançou consideravelmente nas últimas décadas. Os isoladores topológicos fotônicos têm muitas qualidades promissoras, incluindo a capacidade de controlar o fluxo da luz clássica.

Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, Sun Yat-sen University e Zhejiang University recentemente projetaram e fabricaram circuitos nanofotônicos quânticos dependentes de vale topologicamente protegidos. Esses circuitos, apresentado em um artigo publicado em Cartas de revisão física , demonstrar o potencial de alavancar o chamado estado de vale fotônico para realizar aplicações de processamento de informações quânticas.

Uma parte da equipe de pesquisa, liderado por Jian-Wen Dong na Sun Yat-sen University, mostrou anteriormente que os cristais fotônicos de vale podem ser uma plataforma altamente eficiente para a realização de transporte de luz robusto protegido topologicamente em chips de silício compactos, o que, por sua vez, também pode ser útil para obter o processamento de informações quânticas no chip. Outra parte da equipe, liderado por Xi-Feng Ren na Universidade de Ciência e Tecnologia da China, conduziu uma extensa pesquisa com foco no desenvolvimento de circuitos fotônicos integrados quânticos.

Recentemente, essas duas equipes começaram a colaborar em pesquisas destinadas a fundir os campos da fotônica topológica e da óptica quântica. Como parte de seu estudo recente, eles se propuseram especificamente a desenvolver circuitos fotônicos quânticos dependentes de vale e topologicamente protegidos.

"Nos últimos anos, as pessoas começaram a utilizar estruturas fotônicas topológicas no campo de informação quântica, como a geração de estados quânticos, proteção topológica da coerência quântica, etc, "Jian-Wen Dong e Xi-Feng Ren, dois dos pesquisadores que realizaram o estudo recente, disse a Phys.org. "Contudo, trabalhos anteriores normalmente usavam matrizes de guia de onda para construir estruturas fotônicas topológicas, que restringe a ampliação dos circuitos e a modulação flexível dos estados quânticos. "

Dong, Ren e seus colegas projetaram e fabricaram um divisor de feixe em forma de arpão nanofotônico (HSBS) que é pequeno e compacto. Além disso, eles perceberam uma interferência quântica de dois fótons de alta visibilidade usando este tipo de circuito pela primeira vez. Notavelmente, seu estudo apresenta uma estratégia para usar o grau de liberdade de vale para obter processamento de informações quânticas on-chip de uma forma robusta e usando um chip compacto.

"O principal objetivo do nosso trabalho era perceber a interferência quântica com um divisor de feixe dependente de vale topologicamente protegido, "Dong e Ren disseram." Como a estrutura mais importante, o divisor de feixe em forma de arpão foi formado por dois tipos de orifícios de ar de perfil hexagonal, que são fabricados em wafers SOI com camadas de silício de 220 nm de espessura por litografia de feixe de elétrons. "

Em comparação com circuitos fotônicos quânticos topológicos desenvolvidos anteriormente, o HSBS criado por Dong, Ren e seus colegas são compatíveis com CMOS, escalável e mais fácil de integrar em dispositivos. Essas qualidades podem torná-los mais fáceis de usar para implementações de processamento de informações quânticas em grande escala.

"Acreditamos que nosso trabalho pode promover significativamente a convergência de fotônica topológica e óptica quântica, aumentando o interesse generalizado nestes dois campos, "Dong e Ren disseram.

A realização dos pesquisadores do processamento de informações quânticas no chip pode abrir novas possibilidades para o uso de fotônica topológica para criar dispositivos reais. Além disso, seu artigo destaca o valor dos estados de borda topológicos dependentes do vale para a obtenção de um processamento robusto de informações quânticas em chips de silício.

"No futuro, em última análise, pretendemos desenvolver um chip de processamento de informação quântica baseado em nanofotônica topológica, "Dong e Ren acrescentaram." No curto prazo, continuaremos a explorar cristais fotônicos de vale em fontes fotônicas quânticas e circuitos fotônicos quânticos mais complexos. "

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