北京大學團隊首次實現(xiàn)完全可編程拓撲光子芯片

近日，北京大學物理學院的現(xiàn)代光學研究所宣布研發(fā)出一款全新的可編程拓撲光子芯片。這款芯片由王劍威研究員、胡小永教授、龔旗煌教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊與合作伙伴共同完成。

此項研究主要是在硅芯片上大規(guī)模集成可重構(gòu)的光學微環(huán)腔陣列，從而構(gòu)建了一種任意可編程的光學弗洛凱人造原子晶格。

研究團隊能夠獨立且精確地控制每個人工原子及其原子-原子間的耦合，包括其隨機但可控的無序狀態(tài)。這使得他們在單個芯片上實現(xiàn)了動態(tài)拓撲相變、多晶格拓撲絕緣體、統(tǒng)計相關(guān)拓撲魯棒性、以及安德森拓撲絕緣體等一系列實驗研究。

這項研究突破了拓撲光子學的界限，首次實現(xiàn)了強大的可重構(gòu)和可編程性，為拓撲材料科學的研究和拓撲光子技術(shù)的發(fā)展開辟了新道路。

相關(guān)研究成果已于2024年5月22日發(fā)表在《自然?材料》雜志上，論文題目為“可編程拓撲光子芯片”。

這款拓撲芯片基于可重構(gòu)的集成光學微環(huán)陣列，在11mm×7mm的面積內(nèi)單片集成了2712個元件，其中包括96個品質(zhì)因子超過105的微環(huán)陣列和300個消光比大于50dB的光學相移器與干涉儀。

該芯片首次成功實現(xiàn)了完全可編程的光學人造原子晶格。通過調(diào)整該芯片，研究團隊能夠任意獨立地控制人造原子間的躍遷強度和躍遷相位，以及晶格勢壘的構(gòu)造。

研究團隊還對該芯片進行了快速實時的編程重構(gòu)，成功實現(xiàn)了弗洛凱拓撲絕緣體相變的激發(fā)、統(tǒng)計性質(zhì)相關(guān)的拓撲現(xiàn)象觀測（如拓撲魯棒性和拓撲安德森相變的統(tǒng)計實驗證明），以及多種不同晶格結(jié)構(gòu)下的拓撲絕緣體（如一維SSH拓撲絕緣體、一維非厄米弗洛凱晶體、以及二維方形和蜂窩狀晶格中的弗洛凱拓撲絕緣體）等功能。