Une équipe de recherche dirigée par l'académicien Guo Guangcan de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec des chercheurs de l'Université Sun Yat-sen et de l'Université du Zhejiang, ont réalisé une interférence quantique à deux photons dans la structure d'isolants topologiques dépendant de la vallée sur la base de l'effet Hall de la vallée.

L'étude a été publiée dans Lettres d'examen physique le 11 juin, 2021.

La photonique topologique a une perspective d'application pratique dans la recherche de puces photoniques en raison de ses robustes prospérités en matière de transport d'énergie. La clé de la transition de phase topologique est de générer un écart d'énergie à certains points dégénérés en brisant soit la symétrie d'inversion de temps (TRS) soit la symétrie d'inversion.

En cassant la symétrie d'inversion spatiale du système, les états de bord hélicoïdaux dépendant de la vallée se déplacent dans certaines directions, qui est connu sous le nom d'effet Valley-Hall. Des cristaux photoniques (PC) à réseau hexagonal avec des sous-réseaux inéquivalents peuvent réaliser les isolants topologiques dépendant de la vallée. Des circuits optiques de flexion plus compacts et plus pointus peuvent être réalisés, ce qui contribue à l'intégration de l'appareil et à une énergie robuste.

Dans les années récentes, Le transfert d'état quantique robuste en topologie a été un sujet de recherche brûlant. Encore, au cœur de l'information quantique photonique, l'interférence quantique reste à vérifier dans les puces de PC topologiquement protégées.

Les chercheurs ont conçu et fabriqué des séparateurs de faisceau en forme de harpon (HSBS) dans des cristaux photoniques de silicium. L'orientation du vortex de phase électromagnétique à l'intérieur des PC à structure en treillis hexagonal dépend de la structure du treillis avec différents nombres de Chern topologiques et de sa position de bande, pour former ainsi deux bords topologiques de structures différentes.

Basé sur des interfaces à 120 degrés de flexion, ils ont réalisé une interférence Hong-Ou-Mandel (HOM) sur puce dans un HSBS avec une visibilité élevée de 95,6%. Par ailleurs, la génération d'états intriqués dans les circuits quantiques dépendant de la vallée est démontrée par la mise en cascade de deux HSBS.

L'étude fournit une nouvelle méthode pour la photonique topologique, en particulier les isolants topologiques, à appliquer dans le traitement de l'information quantique plus complexe. Les évaluateurs ont convenu que la recherche est intéressante et importante, et a hautement apprécié que « C'est un travail intéressant et important. Je trouve les résultats intéressants, en particulier, la mise en œuvre de l'effet Hong-Ou-Mande dans ce dispositif, ce qui peut avoir des implications dans le traitement de l'information quantique sur puce haute fidélité. »