中国科大研究团队在量子光子学领域取得突破

最近，由中国科学技术大学（USTC）李传锋教授领导的研究团队在量子光子学领域取得了突破。他们开发了一种能够在芯片上模拟具有规范势的任意范围耦合频率格子的光子模拟器。这项研究发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

寻求能够复制真实系统动态的有效模拟器一直是量子物理学的驱动力。光子系统由于其控制偏振和频率等属性的能力，已成为量子模拟的多功能候选者。然而，挑战在于创建能够模拟复杂结构（如原子链和纳米管）的频率格子，这对理解低维材料至关重要。

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情景和实验设置

为了应对这一挑战，团队的创新方法涉及使用薄膜铌酸锂芯片，这些芯片由于其高电光系数而特别适合在频率域中创建格子。通过周期性调制芯片上的谐振器，研究人员观察到了能带结构，这是一个重大进展，因为它允许模拟具有任意范围耦合的结构。值得注意的是，他们的方法使得耦合达到晶格常数的8倍和9倍，同时将所需的调制频率降低了五个数量级以上。这是通过在单个共振峰内包含多个格点来实现的，这减轻了在芯片上应用和检测传统超高频率的多谐波信号的难度。

在这项研究中，特别关注低频射频调制，为选择格点和调节复合相互作用提供了高度的灵活性。这种方法将所需频率降低了三个数量级以上，从他们的例子中的近100 GHz降低到约10 MHz。这不仅简化了设计和制造挑战，还减少了对源和测量设备的需求。

这项工作不仅大大减轻了芯片上合成维度中高频带来的困难，而且保持了传统实现方法的可扩展性，使其能够扩展到更高维度的模型。它在薄膜铌酸锂光子芯片上实现了高维和复杂的频率合成维度。评审者高度赞扬了这一成就，称其“在研究光子芯片上的合成维度领域开辟了新途径。”

相关链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.233805