近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院电子工程系区域光纤通信网和新型光通信系统国家重点实验室何广强团队和姜淳团队在拓扑量子光学领域取得进展，研究成果以Topological protection of continuous frequency entangled biphoton states（拓扑保护的连续频率纠缠双光子态）为题在国际期刊Nanophotonics发表。该工作提出了一种在光拓扑绝缘体中实现受拓扑保护的连续频率纠缠双光子态的方案。

研究背景

量子纠缠描述两个或两个以上物理子系统间的相互关联特性，目前被广泛应用于量子通信、量子计算和量子精密测量等领域。然而，纠缠态的信号强度往往较弱，容易受到外部干扰，在较为复杂的路径传输中信号容易失真。

创新成果

针对这些问题，研究团队提出一种受拓扑保护的连续频率纠缠双光子态理论方案，如下图所示，基于量子谷霍尔效应可以在光子晶体中构建光拓扑绝缘体，在拓扑带隙中出现拓扑边界态，该拓扑边界态对拐角等结构缺陷具有较强的鲁棒性。利用硅介质的三阶非线性效应——四波混频，可以在光拓扑绝缘体中制备一对信号光与闲置光。研究团队证明在光拓扑绝缘体中产生的信号光与闲置光之间是连续频率纠缠的，且由于信号光与闲置光的频率位于拓扑非平庸带隙内，因此，产生的连续频率纠缠双光子态受到拓扑保护，具有较强的鲁棒性。

在光拓扑绝缘体中实现受拓扑保护的连续频率纠缠双光子态

该研究工作将新奇的拓扑边界态应用于量子领域，在光拓扑绝缘体中同时实现了连续频率纠缠双光子态的产生及拓扑保护，为量子计算及量子通信等领域提供了新的研究思路。

该工作由上海交通大学独立完成，博士研究生姜震为第一作者，何广强副教授和姜淳教授为该论文的共同通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1515/nanoph-2021-0371