北京大学团队首次实现完全可编程拓扑光子芯片

近日，北京大学物理学院的现代光学研究所宣布研发出一款全新的可编程拓扑光子芯片。这款芯片由王剑威研究员、胡小永教授、龚旗煌教授领导的团队与合作伙伴共同完成。

此项研究主要是在硅芯片上大规模集成可重构的光学微环腔阵列，从而构建了一种任意可编程的光学弗洛凯人造原子晶格。

研究团队能够独立且精确地控制每个人工原子及其原子-原子间的耦合，包括其随机但可控的无序状态。这使得他们在单个芯片上实现了动态拓扑相变、多晶格拓扑绝缘体、统计相关拓扑鲁棒性、以及安德森拓扑绝缘体等一系列实验研究。

这项研究突破了拓扑光子学的界限，首次实现了强大的可重构和可编程性，为拓扑材料科学的研究和拓扑光子技术的发展开辟了新道路。

相关研究成果已于2024年5月22日发表在《自然・材料》杂志上，论文题目为“可编程拓扑光子芯片”。

这款拓扑芯片基于可重构的集成光学微环阵列，在11mm×7mm的面积内单片集成了2712个元件，其中包括96个品质因子超过105的微环阵列和300个消光比大于50dB的光学相移器与干涉仪。

该芯片首次成功实现了完全可编程的光学人造原子晶格。通过调整该芯片，研究团队能够任意独立地控制人造原子间的跃迁强度和跃迁相位，以及晶格势垒的构造。

研究团队还对该芯片进行了快速实时的编程重构，成功实现了弗洛凯拓扑绝缘体相变的激发、统计性质相关的拓扑现象观测（如拓扑鲁棒性和拓扑安德森相变的统计实验证明），以及多种不同晶格结构下的拓扑绝缘体（如一维SSH拓扑绝缘体、一维非厄米弗洛凯晶体、以及二维方形和蜂窝状晶格中的弗洛凯拓扑绝缘体）等功能。