最近，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（USTC）李傳鋒教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在量子光子學(xué)領(lǐng)域取得了突破。他們開發(fā)了一種能夠在芯片上模擬具有規(guī)范勢(shì)的任意范圍耦合頻率格子的光子模擬器。這項(xiàng)研究發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。

尋求能夠復(fù)制真實(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的有效模擬器一直是量子物理學(xué)的驅(qū)動(dòng)力。光子系統(tǒng)由于其控制偏振和頻率等屬性的能力，已成為量子模擬的多功能候選者。然而，挑戰(zhàn)在于創(chuàng)建能夠模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如原子鏈和納米管）的頻率格子，這對(duì)理解低維材料至關(guān)重要。

圖片:EB14C6E8ED913C5E2A2474EFF65_C09EC915_668C9.png

情景和實(shí)驗(yàn)設(shè)置

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新方法涉及使用薄膜鈮酸鋰芯片，這些芯片由于其高電光系數(shù)而特別適合在頻率域中創(chuàng)建格子。通過周期性調(diào)制芯片上的諧振器，研究人員觀察到了能帶結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)重大進(jìn)展，因?yàn)樗�允許模擬具有任意范圍耦合的結(jié)構(gòu)。值得注意的是，他們的方法使得耦合達(dá)到晶格常數(shù)的8倍和9倍，同時(shí)將所需的調(diào)制頻率降低了五個(gè)數(shù)量級(jí)以上。這是通過在單個(gè)共振峰內(nèi)包含多個(gè)格點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，這減輕了在芯片上應(yīng)用和檢測(cè)傳統(tǒng)超高頻率的多諧波信號(hào)的難度。

在這項(xiàng)研究中，特別關(guān)注低頻射頻調(diào)制，為選擇格點(diǎn)和調(diào)節(jié)復(fù)合相互作用提供了高度的靈活性。這種方法將所需頻率降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)以上，從他們的例子中的近100 GHz降低到約10 MHz。這不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和制造挑戰(zhàn)，還減少了對(duì)源和測(cè)量設(shè)備的需求。

這項(xiàng)工作不僅大大減輕了芯片上合成維度中高頻帶來的困難，而且保持了傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法的可擴(kuò)展性，使其能夠擴(kuò)展到更高維度的模型。它在薄膜鈮酸鋰光子芯片上實(shí)現(xiàn)了高維和復(fù)雜的頻率合成維度。評(píng)審者高度贊揚(yáng)了這一成就，稱其“在研究光子芯片上的合成維度領(lǐng)域開辟了新途徑�！�

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.233805