利用光子高阶拓扑晶体绝缘体保护量子叠加与纠缠

高阶拓扑绝缘体作为一种新发现的非平庸材料和结构，具有超越体-边界对应关系的拓扑相。在此，我们展示了光子高阶拓扑晶体绝缘体的实验观测及其在二维晶格中对量子叠加和纠缠的拓扑保护。通过利用飞秒激光自由写入绝缘体结构，并利用单光子成像技术直接测量演化动力学，我们能够观察到 C_4 和 C_2 光子晶格对称性下拓扑角态的独特特征。特别地，我们提出并通过用单光子叠加态激发光子晶格，实验上识别了拓扑角态，并检验了拓扑对纠缠光子态的量子纠缠的保护作用。单光子动力学和受保护的纠缠揭示了一种内在的拓扑保护机制，该机制将多体量子态与扩散引起的退相干隔离开来。本文展示的高阶拓扑晶体绝缘体、内建叠加态产生、预告式单光子成像以及量子纠缠，将拓扑学、材料与量子物理学联系起来，为在真正量子领域广泛研究高阶拓扑和拓扑增强的应用打开了大门。