Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 11 °C
Yağışlı

Fotonik topolojik izolatörlerde dolaşık iki foton ışığın topolojik koruması

07.04.2021
20
A+
A-
Fotonik topolojik izolatörlerde dolaşık iki foton ışığın topolojik koruması

Ortak bir çabayla, Humboldt-Universität (Berlin), Max Born Institute (Berlin) ve Central Florida Üniversitesi’nden (ABD) araştırmacılar, fotonikte iki fotonlu ışığın dolaşık durumlarının sağlam bir şekilde taşınması için gerekli koşulları ortaya çıkardılar. Topolojik yalıtıcılar, kuantum bilgisinin gürültüye dayanıklı taşınmasına giden yolu açıyor.

Başlangıçta yoğunlaştırılmış madde sistemlerinde keşfedilen topolojik yalıtıcılar, kusurların ve düzensizliğin varlığında bile kenarları boyunca saçılmadan (tek yönlü) taşınmayı destekleyen iki boyutlu malzemelerdir. Temelde, topolojik yalıtıcılar, temeldeki sonsuz kafesin uygun bir sonlandırması verildiğinde, yığın durumlarıyla ilişkili iyi tanımlanmış bir enerji boşluğunda yatan kenar durumlarının oluşturulduğu, yani bu kenar durumlarının enerjisel olarak yığıntan ayrıldığı sonlu kafes sistemleridir. (Şekil 1).

Önemli olarak, bu tür sistemlerdeki tek partikül kenar durumları topolojik olarak dağılmaya karşı korunur: Boşlukta yatan enerjileri nedeniyle yığın içine dağılamazlar ve ileri yayılan kenar durumları geriye doğru yayılamazlar çünkü geriye doğru yayılan kenar durumları ya yoktur ya da bağlanmamıştır.

Karmaşık fotonların mevcudiyeti ile birleştirilmiş entegre fotonik kafesleri kullanan mühendislik kompleksi Hamiltonian’ların fizibilitesi, optik kuantum hesaplama ve bilgi işlemede topolojik olarak korunmuş dolaşık durumları kullanma olasılığını ortaya çıkarmaktadır (Science 362, 568, (2018), Optica 6, 955 (2019) )).

Bununla birlikte, topolojik koruma doğrudan çok parçacıklı (geri) saçılmaya kadar genişlemediğinden, bu hedefe ulaşmak son derece önemsizdir. İlk başta, bu gerçek mantığa aykırı gibi görünüyor çünkü tek tek her parçacık topoloji tarafından korunurken, birlikte, dolaşık (ilişkili) parçacıklar ideal kafesin pertürbasyonlarına oldukça duyarlı hale geliyor. Bu açık tutarsızlığın altında yatan fiziksel ilke, kuantum mekanik olarak özdeş parçacıkların bir değişim simetri ilkesini karşılayan durumlar tarafından tanımlanmasıdır.

Şekil 2: Topolojik koruma penceresini tanımlamak için, araştırmacılar spektral olarak geniş bir ürün durumunu başlangıç ​​durumu olarak kabul ettiler ve 1000 rastgele Haldane kafesinden oluşan bir topluluk aracılığıyla yaydılar. (a) Başlangıç ​​durumu için spektral korelasyon haritasını ve (b) ‘de düzensiz kafesler topluluğu boyunca yayılma gösterildikten sonra kenar-kenar alt uzay içindeki spektral korelasyon haritalarının topluluk ortalamasını gösterir. Bozukluğun neden olduğu saçılmadan hayatta kalan tek iki foton genliğinin, koruma penceresi olan siyah kare ile gösterilen bölgede yattığı bulunmuştur. Son olarak, (c) ve (d), sırasıyla, kenar modu içeriği E’yi ve kenar modu içeriğinin çarpımını, başlangıç ​​durumlarının varyanslarının bir fonksiyonu olarak Schmidt-numarası E · SN ile görüntüler. Kredi: MBI / HU

Araştırmacılar çalışmalarında, çok parçacıklı durumlar bağlamında topolojik korumayı anlamak ve kontrol etmek için birkaç temel ilerleme kaydettiler:

  • Birincisi, topolojik fotonik kafeslerde dolaşık durumların savunmasızlığına neden olan fiziksel mekanizmaları tanımlarlar ve topolojik korumadan ödün vermeden dolanıklığı en üst düzeye çıkarmak için açık yönergeler sunarlar.
  • İkincisi, eşik benzeri bir dolanma güvenlik açığı davranışı oluşturup sergilerler ve yüksek oranda dolaşık iki foton durumlarının sağlam bir şekilde korunması için koşulları belirlerler.

Kesin olarak, düzensizliğin, tamamen korelasyonlu sınırlardan tamamen korelasyonlu sınırlara uzanan bir dizi iki foton durumu üzerindeki etkisini araştırıyorlar ve böylece tamamen ayrılabilir bir durumu da kapsıyorlar. Analizleri için, biri periyodik ve diğeri periyodik olmayan iki topolojik kafes düşünürler. Periyodik durumda, Haldane modelini dikkate alırlar ve periyodik olmayan durum için, tek parçacık dinamikleri kuantum Hall etkisine karşılık gelen kare bir kafes incelenir.

Sonuçlar, eldeki belirli bozukluğa göre uyarlanmış sağlam dalga paketleri oluşturmak için net bir yol haritası sunar. Spesifik olarak, topolojik fotonik sistemlerde yararlı dolaşık durumlar oluşturmak için pratik kılavuzlar sunan, nispeten yüksek dolanma derecelerine kadar dolaşık durumların kararlılığı üzerinde sınırlar belirlerler. Ayrıca, bu bulgular, topolojik korumadan ödün vermeden dolaşmayı en üst düzeye çıkarmak için, iki foton durumunun ortak spektral korelasyon haritasının iyi tanımlanmış bir topolojik koruma penceresinin içine sığması gerektiğini göstermektedir.



Daha fazla bilgi:
Doğa İletişimi (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-22264-3

Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI) tarafından sağlanmıştır.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.