拓扑保护的集成量子纠缠光源

量子信息[1]与拓扑物理学[2]是由量子力学衍生而来的两个全然不同的重要学科分支,其中量子纠缠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。量子纠缠是量子计算、量子模拟和量子通信等应用中的关键资源,约20个量子比特的量子纠缠态已在光子、超导、离子和原子等体系实现。然而,量子纠缠本身对环境噪声敏感的特点,以及其对量子器件加工和调控精度的高要求,都在一定程度上限制了其实际应用。另一方面,拓扑相的物理概念源自强磁场下二维电子气系统观察到的整数量子霍尔效应,近年来被拓展到了光学、声学和冷原子等体系,并且大放异彩。拓扑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和抗不完美的能力。因此,利用拓扑鲁棒性保护量子纠缠态,对研究含噪声量子计算、大规模集成量子器件和大尺度量子计算机,以及研究量子体系的新拓扑物理和现象等,均具有重要意义。