Le domaine de la photonique topologique, spécialisée dans le développement d'une classe de matériaux appelés isolants topologiques photoniques, a considérablement progressé au cours des dernières décennies. Les isolants topologiques photoniques ont de nombreuses qualités prometteuses, y compris la possibilité de contrôler le flux de lumière classique.

Chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Chine, L'Université Sun Yat-sen et l'Université du Zhejiang ont récemment conçu et fabriqué des circuits nanophotoniques quantiques dépendant de la vallée et protégés topologiquement. Ces circuits, présenté dans un article publié dans Lettres d'examen physique , démontrer le potentiel de tirer parti de ce que l'on appelle l'état de vallée photonique pour réaliser des applications de traitement de l'information quantique.

Une partie de l'équipe de recherche, dirigé par Jian-Wen Dong à l'Université Sun Yat-sen, ont précédemment montré que les cristaux photoniques de vallée pourraient être une plate-forme très efficace pour réaliser un transport de lumière robuste et protégé topologiquement sur des puces de silicium compactes, ce qui pourrait à son tour être utile pour réaliser le traitement de l'information quantique sur puce. Une autre partie de l'équipe, dirigé par Xi-Feng Ren à l'Université des sciences et technologies de Chine, a mené des recherches approfondies axées sur le développement de circuits photoniques intégrés quantiques.

Récemment, ces deux équipes ont commencé à collaborer sur des recherches visant à fusionner les domaines de la photonique topologique et de l'optique quantique. Dans le cadre de leur récente étude, ils ont spécifiquement entrepris de développer des circuits photoniques quantiques dépendant de la vallée et protégés topologiquement.

"Dans les années récentes, les gens ont commencé à utiliser des structures photoniques topologiques dans le domaine de l'information quantique, comme la génération d'états quantiques, protection topologique de la cohérence quantique, etc., " Jian-Wen Dong et Xi-Feng Ren, deux des chercheurs qui ont mené l'étude récente, dit Phys.org. "Toutefois, les travaux précédents utilisaient généralement des réseaux de guides d'ondes pour construire des structures photoniques topologiques, qui restreint la mise à l'échelle des circuits et la modulation flexible des états quantiques."

Dong, Ren et leurs collègues ont conçu et fabriqué un séparateur de faisceau nanophotonique en forme de harpon (HSBS) qui est petit et compact. En outre, ils ont réalisé pour la toute première fois une interférence quantique à deux photons à haute visibilité en utilisant ce type de circuit. Notamment, leur étude présente une stratégie pour utiliser le degré de liberté de vallée pour réaliser un traitement d'information quantique sur puce de manière robuste et en utilisant une puce compacte.

"L'objectif clé de notre travail était de réaliser une interférence quantique avec un séparateur de faisceau dépendant de la vallée protégé topologiquement, " Dong et Ren ont dit. " En tant que structure la plus importante, le séparateur de faisceau en forme de harpon était formé de deux types de trous d'aération à profil hexagonal, qui sont fabriqués sur des plaquettes SOI avec des couches de silicium de 220 nm d'épaisseur par lithographie par faisceau d'électrons."

Par rapport aux circuits photoniques quantiques topologiques développés précédemment, le HSBS créé par Dong, Ren et ses collègues sont compatibles CMOS, évolutif et plus facile à intégrer dans les appareils. Ces qualités pourraient les rendre plus faciles à utiliser pour les implémentations de traitement de l'information quantique à grande échelle.

"Nous pensons que notre article peut promouvoir de manière significative la convergence de la photonique topologique et de l'optique quantique, suscitant un grand intérêt pour ces deux domaines, "Dong et Ren ont dit.

La réalisation par les chercheurs du traitement de l'information quantique sur puce pourrait ouvrir de nouvelles possibilités d'utilisation de la photonique topologique pour créer de vrais dispositifs. En outre, leur article met en évidence la valeur des états de bord topologiques dépendant de la vallée pour obtenir un traitement d'information quantique robuste sur des puces de silicium.

"À l'avenir, nous visons à terme à développer une puce de traitement de l'information quantique basée sur la nanophotonique topologique, " ajoutèrent Dong et Ren. " A court terme, nous continuerons à explorer les cristaux photoniques de la vallée sur des sources photoniques quantiques et des circuits photoniques quantiques plus complexes."

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