输入状态下扰动下的 HOM 可见性。当两个输入光子都受到ΔS扰动时，平均HOM可见度1当在BDC（橙色）中发射时，具有不同的传播距离ωz和平衡分束器（BS，灰色）。底部平面分隔参数区域的参数区域 （ΔS1，ωz），其中分束器（黑色区域）或BDC（橙色区域）可实现更好的可见量子干涉。图片来源：科学 （2024）。DOI： 10.1126/science.ado8192

罗斯托克大学Szameit教授的研究小组与弗莱堡阿尔伯特-路德维希-大学的研究人员合作，成功地通过拓扑保护波传播的概念稳定了光学芯片中两个光子的干涉。研究成果发表在《科学》杂志上。

科学创新往往是从看似不相关的概念中综合而来的。例如，电和磁的互惠性为麦克斯韦的光理论铺平了道路，直到现在，光理论还在不断被量子力学的思想所完善和扩展。

同样，罗斯托克大学物理研究所的Alexander Szameit教授的研究小组探索了拓扑存在的情况下光波导电路中的光演化。这个抽象的数学概念最初是为了根据实体几何的全局属性对实体几何进行分类而开发的。

Szameit解释说：“在拓扑系统中，光只遵循波导系统的全局特性。波导的局部扰动，如缺陷、空位和无序，不能改变其路径。

1987 年，物理学家 Hong、Ou 和 Mandel 在一项实验中观察了分束器中光子对的行为，该实验直到最近还与拓扑无关。他们发现，由于其作为电磁波的行为而干扰自身的光子也能够与其他光粒子一起形成干涉图案。

除了纠缠作为量子光粒子的另一个基本特征外，这一突破性的发现已被证明是包括量子计算机在内的新光量子技术的重要成分。

在与阿尔伯特-路德维希-弗莱堡大学的同事的共同努力下，研究人员成功地将光的拓扑鲁棒传播与光子对的干涉相结合。“这个结果确实是一个里程碑，”Szameit说，他长期以来一直在寻找这种联系。

该研究的博士生和第一作者Max Ehrhardt表示：“量子技术正在与日益增加的复杂性作斗争。因此，光学元件的拓扑保护是一种急需的设计工具，无论光学元件的制造公差如何，都能确保正常运行。

物理学家将观察到的奇特行为归因于光的量子性质。“看到彼此的光子对感知波导结构是扭曲的。这导致他们联系在一起，就好像他们像一对情侣一样在扭曲的舞池里跳舞。单独通过波导的光子只经历传统的平面。因此，我们有一个拓扑差异，“Ehrhardt继续说道。

“我们惊讶于我们可以在不对量子干涉产生任何影响的情况下使波导系统变形多远，”该小组的高级科学家Matthias Heinrich博士说。

“我们的波导系统为构建光拓扑系统提供了丰富的可能性。与量子光的共生只是一个开始，“Szameit说。

更多信息：Max Ehrhardt 等人，拓扑 Hong-Ou-Mandel 干扰，科学 （2024）。DOI： 10.1126/science.ado8192

期刊信息： Science