通过无损边缘态实现的线宽压窄获得拓扑保护的亚辐射腔极化激元

源于量子尺度强光—物质相互作用的腔极化激元，为通过腔场高效操控量子态提供了基础。具有窄线宽和长寿命的极化激元在量子传感与存储等应用中颇具吸引力。在此，我们提出一种原型装置，利用一维原子阵列构成的拓扑镜实现回音壁模式谐振腔，可将腔极化激元的寿命提升一个数量级以上。这一显著增强源于极化激元态与原子阵列拓扑带隙所保护的无损边缘态的耦合，后者抑制了腔模的泄漏。当超过 Rabi 分裂宽度时，拓扑带隙可进一步减少极化激元态向原子阵列体态的耗散，从而产生具有极尖锐线宽的亚辐射腔极化激元。由此产生的 Rabi 振荡衰减速率甚至低于单个量子发射体的自由空间衰减。得益于边缘态的拓扑保护特性，腔极化激元的亚辐射性可在具有适度扰动（涉及原子频率、相互作用强度和位置）的无序原子镜中得以保持。我们的工作为未来量子计算与网络应用开创了具有鲁棒量子相干的拓扑工程量子态新范式。