我国学者在拓扑保护量子纠缠研究中取得进展

　　

图 （左）拓扑量子纠缠光源示意图；（右上）完美的拓扑量子纠缠光源；（右下）带结构缺陷的拓扑量子纠缠光源

　　在国家自然科学基金项目（批准号：61975001、61590933、61904196、61675007）等资助下，北京大学物理学院王剑威研究员、胡小永教授和龚旗煌院士课题组与中国科学院微电子研究所、上海交通大学、浙江大学等学者合作实现了拓扑保护的集成量子纠缠光源。相关研究成果以“拓扑保护的量子纠缠光源（Topologically Protected Quantum Entanglement Emitters）”为题，于2022年2月17日在线发表于《自然·光子学》（Nature Photonics），并被选为当期封面文章。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-021-00944-2#Sec13。

　　量子信息与拓扑物理是量子力学衍生出来的两个重要学科分支，其中量子纠缠态与拓扑相既是基础物理研究的核心内容，也是前沿技术发展的关键物理资源。量子纠缠是实现量子计算、量子模拟和量子通信等应用的关键资源之一，但量子纠缠的实现对量子器件制备调控、量子体系噪声隔离等提出了苛刻的实验要求。拓扑相的物理概念，源自强磁场下二维电子系统观察到的整数量子霍尔效应，近年来拓展到了光学、声学和冷原子等体系，拓扑相所具有的鲁棒性给予了拓扑边界态在对称性保护下的抗缺陷能力。制备出具有拓扑保护的量子纠缠态，对研制大规模集成的量子器件、研究量子体系的新拓扑物理和现象等，均具有重要意义。

　　团队在基于硅基二维耦合谐振环构型的反常弗洛凯拓扑绝缘体器件的拓扑边界上，制备出了具有拓扑鲁棒性的Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态和多光子纠缠态，利用量子干涉和量子态层析技术，对无结构缺陷的拓扑量子纠缠光源、带结构缺陷的拓扑量子纠缠光源和平凡的量子光源进行观测和对比，在实验上证明了带结构缺陷的量子纠缠源依然具有和无缺陷器件近乎一致的高量子态保真度和纯度（图）。该研究工作实现的拓扑量子纠缠光源将有助于研制大规模集成光量子芯片。