近日，上海交通大學電子資訊與電氣工程學院電子工程系區域光纖通訊網和新型光通訊系統國家重點實驗室何廣強團隊和姜淳團隊在拓撲量子光學領域取得進展，研究成果以Topological protection of continuous frequency entangled biphoton states（拓撲保護的連續頻率糾纏雙光子態）為題在國際期刊Nanophotonics發表。該工作提出了一種在光拓撲絕緣體中實現受拓撲保護的連續頻率糾纏雙光子態的方案。
研究背景
量子糾纏描述兩個或兩個以上物理子系統間的相互關聯特性，目前被廣泛應用於量子通訊、量子計算和量子精密測量等領域。然而，糾纏態的訊號強度往往較弱，容易受到外部干擾，在較為複雜的路徑傳輸中訊號容易失真。
創新成果
針對這些問題，研究團隊提出一種受拓撲保護的連續頻率糾纏雙光子態理論方案，如下圖所示，基於量子谷霍爾效應可以在光子晶體中構建光拓撲絕緣體，在拓撲帶隙中出現拓撲邊界態，該拓撲邊界態對拐角等結構缺陷具有較強的魯棒性。利用矽介質的三階非線性效應——四波混頻，可以在光拓撲絕緣體中製備一對訊號光與閒置光。研究團隊證明在光拓撲絕緣體中產生的訊號光與閒置光之間是連續頻率糾纏的，且由於訊號光與閒置光的頻率位於拓撲非平庸帶隙內，因此，產生的連續頻率糾纏雙光子態受到拓撲保護，具有較強的魯棒性。
在光拓撲絕緣體中實現受拓撲保護的連續頻率糾纏雙光子態
該研究工作將新奇的拓撲邊界態應用於量子領域，在光拓撲絕緣體中同時實現了連續頻率糾纏雙光子態的產生及拓撲保護，為量子計算及量子通訊等領域提供了新的研究思路。
該工作由上海交通大學獨立完成，博士研究生薑震為第一作者，何廣強副教授和姜淳教授為該論文的共同通訊作者。
論文連結：https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0371
