一种带有任意耦合方式的混合频率芯片可编程合成维度模拟器
光学
2025-08-22 v1 量子物理
摘要
高性能光子芯片为类比计算提供了强大的平台，使使用低维设备通过添加合成维度来模拟高维物理系统成为可能。实现大规模复杂模拟的架构必须具备任意耦合配置的能力（包括对称、非对称和长程耦合方案），这也是规模化的关键。以往方法依赖大量物理组件来实现非对称耦合，但受制于难以重构和规模化的相对复杂结构。本文提出了一种混合频率合成维度模拟器架构，组合了内共振和跨共振频率晶格位点，实验采用薄膜锂硅酸盐（TFLN）光子芯片实现。通过该混合可编程架构，我们能够在单片上同时模拟包括Hall梯子、Creutz梯子（对称）和Su-Schrieffer-Heeger（SSH，非对称）模型等多种复合晶格模型的规则形式和长程耦合形式，从而显著降低了实验需求。结果表明，能够实现对SSH模型能带结构的直接读出，这与已有工作相区别，并观察到诸如自旋动量锁定、拓扑平坡带和Aharonov-Bohm囚禁效应等重要现象，实验要求更低。此外，还可以通过级联器件实现如分段连续光频移等应用。本文结果为未来大规模具有任意耦合方式的芯片上模拟器提供了有前景的见解。
引用
@article{arxiv.2508.15470,
title = {A hybrid-frequency on-chip programmable synthetic-dimension simulator with arbitrary couplings},
author = {Xiao-Dong Zeng and Zhao-An Wang and Jia-Ming Ren and Yi-Tao Wang and Chun Ao and Wei Liu and Nai-Jie Guo and Lin-Ke Xie and Jun-You Liu and Yu-Hang Ma and Ya-Qi Wu and Shuang Wang and Pei-Yun Li and Zong-Quan Zhou and Mu Yang and Jin-Shi Xu and Xi-Wang Luo and Jian-Shun Tang and Chuan-Feng Li and Guang-Can Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.15470},
year = {2025}
}
备注
11 pages, 4 figures