トポロジカルに保護された量子エンタングルメントエミッター

エンタングルメントとトポロジーは、自然界を基本的なレベルで表現するが、その表現の仕方は異なっている。粒子のエンタングル状態は本質的に環境に敏感であるが、物質のトポロジカル相は、環境の摂動に対して本来的にロバストである。トポロジーを利用したエンタングルメントの保護には、量子技術の確実な応用への大きな可能性がある。しかし、トポロジカルに保護されたエンタングルメントの生成は、大きな課題のままであり、複雑な量子デバイスを極端な条件で操作する必要がある。今回我々は、トポロジカルに保護されたエンタングルメントエミッターについて報告する。これは、周囲条件において、モノリシック集積したプラグアンドプレイシリコンフォトニックチップから、トポロジカルなアインシュタイン・ポドルスキー・ローゼン状態や多光子エンタングル状態を放出する。フォトニック異常フロケ絶縁体を模倣するこのデバイスによって、非自明なエッジモードで4光子トポロジカルエンタングル状態の生成が可能になり、短縮されたドブロイ波長の観測によって立証された。我々は、完全なエミッターでは0.968 ± 0.004、欠陥のあるエミッターでは0.951 ± 0.010という状態忠実度を比較することによって、アインシュタイン・ポドルスキー・ローゼンエンタングルメントが、人工的な構造欠陥に対してトポロジカルに保護され得ることを示す。今回のトポロジカルに保護されたデバイスは、量子計算や、量子トポロジカル物理学の研究において応用できる可能性がある。