近日，上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院電子工程系區(qū)域光纖通信網(wǎng)和新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何廣強(qiáng)團(tuán)隊(duì)和姜淳團(tuán)隊(duì)在拓?fù)淞孔庸鈱W(xué)領(lǐng)域取得進(jìn)展，研究成果以Topological protection of continuous frequency entangled biphoton states（拓?fù)浔Ｗo(hù)的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)）為題在國(guó)際期刊Nanophotonics發(fā)表。該工作提出了一種在光拓?fù)浣^緣體中實(shí)現(xiàn)受拓?fù)浔Ｗo(hù)的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)的方案。

研究背景

量子糾纏描述兩個(gè)或兩個(gè)以上物理子系統(tǒng)間的相互關(guān)聯(lián)特性，目前被廣泛應(yīng)用于量子通信、量子計(jì)算和量子精密測(cè)量等領(lǐng)域。然而，糾纏態(tài)的信號(hào)強(qiáng)度往往較弱，容易受到外部干擾，在較為復(fù)雜的路徑傳輸中信號(hào)容易失真。

創(chuàng)新成果

針對(duì)這些問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出一種受拓?fù)浔Ｗo(hù)的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)理論方案，如下圖所示，基于量子谷霍爾效應(yīng)可以在光子晶體中構(gòu)建光拓?fù)浣^緣體，在拓?fù)鋷�隙中出現(xiàn)拓?fù)溥吔鐟B(tài)，該拓?fù)溥吔鐟B(tài)對(duì)拐角等結(jié)構(gòu)缺陷具有較強(qiáng)的魯棒性。利用硅介質(zhì)的三階非線性效應(yīng)——四波混頻，可以在光拓?fù)浣^緣體中制備一對(duì)信號(hào)光與閑置光。研究團(tuán)隊(duì)證明在光拓?fù)浣^緣體中產(chǎn)生的信號(hào)光與閑置光之間是連續(xù)頻率糾纏的，且由于信號(hào)光與閑置光的頻率位于拓?fù)浞瞧接箮�隙�?nèi)，因此，產(chǎn)生的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)受到拓?fù)浔Ｗo(hù)，具有較強(qiáng)的魯棒性。

在光拓?fù)浣^緣體中實(shí)現(xiàn)受拓?fù)浔Ｗo(hù)的連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)

該研究工作將新奇的拓?fù)溥吔鐟B(tài)應(yīng)用于量子領(lǐng)域，在光拓?fù)浣^緣體中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)頻率糾纏雙光子態(tài)的產(chǎn)生及拓?fù)浔Ｗo(hù)，為量子計(jì)算及量子通信等領(lǐng)域提供了新的研究思路。

該工作由上海交通大學(xué)獨(dú)立完成，博士研究生姜震為第一作者，何廣強(qiáng)副教授和姜淳教授為該論文的共同通訊作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0371