在共同努力,研究人员从Humboldt-Universitat(柏林),马克斯出生研究所(柏林)和佛罗里达中央大学(美国),揭示了健壮的必要条件运输双光子光在光子纠缠态的拓扑绝缘体,铺平了道路向noise-resistant传输量子信息。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

 

拓扑绝缘体最初是在凝聚态系统中发现的，是支持沿其边缘无散射(单向)传输的二维材料，即使存在缺陷和无序。本质上，拓扑绝缘子是有限晶格系统，在那里，给定一个适当的潜在无限晶格的终止，边缘状态是在与本体状态相关联的明确的能量间隙中形成的，杏耀代理即这些边缘状态从本体状态中能量分离，见图1。

 

重要的是，在这样的系统中，单粒子边缘态在拓扑结构上受到保护，不会散射:它们不能散射到体中，因为它们的能量在间隙中，它们也不能向后散射，因为向后传播的边缘态要么没有，要么没有与正向传播的边缘态耦合。

 

利用积分光子晶格工程复杂哈密顿的可行性，结合纠缠光子的可用性，提出了将拓扑保护的纠缠态用于光学量子计算和信息处理的有趣可能性(Science 362,568， (2018)， Optica 6,955(2019))。

 

然而，实现这一目标是非常重要的，因为拓扑保护不能直接扩展到多粒子(后向)散射。起初，这一事实似乎是违反直觉的，因为单独地， 杏耀平台总代的感触 ，每个粒子都受到拓扑的保护，而纠缠(相关)粒子联合起来，对理想晶格的扰动非常敏感。这种明显的“差异”背后的基本物理原理是，从量子力学的角度来看，相同的粒子的状态满足交换对称原理。

 

在他们的工作中，研究人员在理解和控制多粒子状态下的拓扑保护方面取得了一些根本性的进展:

 

-首先，他们确定了在拓扑光子晶格中引起纠缠态脆弱性的物理机制，并提出了在不牺牲拓扑保护的情况下最大化纠缠的明确指导方针。

 

第二，他们建立并演示了一种类似阈值的纠缠漏洞行为，并确定了强保护高纠缠双光子态的条件。

 

精确地说，他们探索了无序对双光子状态范围的影响，从完全相关到完全反相关的极限，因此也涵盖了完全可分离的状态。为了分析，他们考虑了两个拓扑格，一个周期的和一个非周期的。在周期情况下，他们考虑霍尔丹模型，而在非周期情况下，研究了正方形晶格，其单粒子动力学对应于量子霍尔效应。

 

研究结果提供了一个清晰的路线图，可以生成针对当前特定紊乱的鲁棒波包。具体来说，他们建立了对纠缠态稳定性的限制，直到相对较高的纠缠度，为在拓扑光子系统中产生有用的纠缠态提供了实用的指导方针。此外，杏耀这些发现表明，为了在不牺牲拓扑保护的情况下最大化纠缠，双光子状态的联合光谱相关图必须符合定义明确的拓扑保护窗口，如图(2)。