Bidang Fotonik Topologi: Realisasi Chip Fotonik Kuantum – Bidang fotonik topologi, khusus dalam pengembangan kelas bahan yang dikenal sebagai isolator topologi fotonik, telah berkembang pesat selama beberapa dekade terakhir.
Insulator topologi fotonik memiliki banyak kualitas yang menjanjikan, termasuk kemampuan untuk mengontrol aliran cahaya klasik. http://www.lilandcloe.com/
Para peneliti di Universitas Sains dan Teknologi China, Universitas Sun Yat-sen dan Universitas Zhejiang baru-baru ini merancang dan membuat sirkuit nanofotonik kuantum yang bergantung pada lembah yang dilindungi topologi.
Sirkuit ini, disajikan dalam makalah yang diterbitkan dalam Physical Review Letters, menunjukkan potensi memanfaatkan apa yang disebut keadaan lembah fotonik untuk mewujudkan aplikasi pemrosesan informasi kuantum.
Bagian dari tim peneliti, yang dipimpin oleh Jian-Wen Dong di Universitas Sun Yat-sen, sebelumnya menunjukkan bahwa kristal fotonik lembah bisa menjadi platform yang sangat efisien untuk mewujudkan transportasi cahaya kuat yang dilindungi topologi pada chip silikon kompak, yang pada gilirannya juga bisa menjadi berguna untuk mencapai pemrosesan informasi kuantum on-chip.
Bagian lain dari tim, yang dipimpin oleh Xi-Feng Ren di Universitas Sains dan Teknologi China, telah melakukan penelitian ekstensif yang berfokus pada pengembangan sirkuit fotonik terintegrasi kuantum.
Baru-baru ini, kedua tim ini mulai berkolaborasi dalam penelitian yang bertujuan menggabungkan bidang fotonik topologi dan optik kuantum.
Sebagai bagian dari studi terbaru mereka, mereka secara khusus berangkat untuk mengembangkan sirkuit fotonik kuantum yang bergantung pada lembah yang dilindungi secara topologi.
“Dalam beberapa tahun terakhir, orang mulai memanfaatkan struktur fotonik topologi dalam bidang informasi kuantum, seperti generasi keadaan kuantum, perlindungan topologi koherensi kuantum, dll,” Jian-Wen Dong dan Xi-Feng Ren, dua peneliti yang melakukan penelitian baru-baru ini, kepada Phys.org.
“Namun, karya sebelumnya biasanya menggunakan array pandu gelombang untuk membangun struktur fotonik topologi, yang membatasi peningkatan sirkuit dan modulasi fleksibel keadaan kuantum.”
Dong, Ren dan rekan-rekan mereka merancang dan membuat sebuah nanophotonic harpoon-shaped beam splitter (HSBS) yang kecil dan kompak. Selain itu, mereka menyadari interferensi kuantum dua foton visibilitas tinggi menggunakan jenis sirkuit ini untuk pertama kalinya.
Khususnya, studi mereka memperkenalkan strategi untuk menggunakan tingkat kebebasan lembah untuk mencapai pemrosesan informasi kuantum on-chip dengan cara yang kuat dan menggunakan chip yang ringkas.
“Tujuan utama dari pekerjaan kami adalah untuk mewujudkan interferensi kuantum dengan pemecah berkas yang bergantung pada lembah yang dilindungi secara topologis,” kata Dong dan Ren.
“Sebagai struktur yang paling penting, beam splitter berbentuk harpun dibentuk oleh dua jenis lubang udara profil heksagonal, yang dibuat pada wafer SOI dengan lapisan silikon setebal 220 nm dengan litografi berkas elektron.”
Dibandingkan dengan sirkuit fotonik kuantum topologi yang dikembangkan sebelumnya, HSBS yang dibuat oleh Dong, Ren dan rekan mereka kompatibel dengan CMOS, dapat diskalakan, dan lebih mudah untuk diintegrasikan dalam perangkat.
Kualitas ini dapat membuatnya lebih mudah digunakan untuk implementasi pemrosesan informasi kuantum skala besar.
“Kami percaya makalah kami dapat secara signifikan mempromosikan konvergensi fotonik topologi dan optik kuantum, meningkatkan minat luas di dua bidang ini,” kata Dong dan Ren.
Realisasi para peneliti dari pemrosesan informasi kuantum on-chip dapat membuka kemungkinan baru untuk penggunaan fotonik topologi untuk membuat perangkat nyata.
Selain itu, makalah mereka menyoroti nilai keadaan tepi topologi yang bergantung pada lembah untuk mencapai pemrosesan informasi kuantum yang kuat pada chip silikon.
“Di masa depan, kami pada akhirnya bertujuan untuk mengembangkan chip pemrosesan informasi kuantum berdasarkan nanofotonik topologi,” tambah Dong dan Ren.
“Dalam waktu dekat, kami akan terus mengeksplorasi kristal fotonik lembah pada sumber fotonik kuantum dan sirkuit fotonik kuantum yang lebih kompleks.”