最近，由中國科學技術(shù)大學（USTC）李傳鋒教授領(lǐng)導的研究團隊在量子光子學領(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)范勢的任意范圍耦合頻率格子的光子模擬器。這項研究發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

尋求能夠復制真實系統(tǒng)動態(tài)的有效模擬器一直是量子物理學的驅(qū)動力。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)建能夠模擬復雜結(jié)構(gòu)（如原子鏈和納米管）的頻率格子，這對理解低維材料至關(guān)重要。

圖片:EB14C6E8ED913C5E2A2474EFF65_C09EC915_668C9.png

情景和實驗設置

為了應對這一挑戰(zhàn)，團隊的創(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)，這是一個重大進展，因為它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到晶格常數(shù)的8倍和9倍，同時將所需的調(diào)制頻率降低了五個數(shù)量級以上。這是通過在單個共振峰內(nèi)包含多個格點來實現(xiàn)的，這減輕了在芯片上應用和檢測傳統(tǒng)超高頻率的多諧波信號的難度。

在這項研究中，特別關(guān)注低頻射頻調(diào)制，為選擇格點和調(diào)節(jié)復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數(shù)量級以上，從他們的例子中的近100 GHz降低到約10 MHz。這不僅簡化了設計和制造挑戰(zhàn)，還減少了對源和測量設備的需求。

這項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)實現(xiàn)方法的可擴展性，使其能夠擴展到更高維度的模型。它在薄膜鈮酸鋰光子芯片上實現(xiàn)了高維和復雜的頻率合成維度。評審者高度贊揚了這一成就，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