量子纠缠（Quantum entanglement）描述两个或多个粒子之间相互影响的现象，即使空间上相距很远，当其中一个粒子的状态发生变化时，另一个也会随之变化。目前，量子纠缠被广泛应用于量子通信、量子计算等领域中。
光拓扑绝缘体（Photonic topological insulators）的出现，为实现具有强鲁棒性的光集成器件提供了可靠的解决方案。拓扑保护的边界态在经过拐角等结构缺陷背向散射被极大的抑制，拓扑保护很快被应用到量子领域中。
研究团队理论上提出一种实现受拓扑保护的连续频率纠缠双光子态，如下图所示，基于量子谷霍尔效应（Quantum valley Hall effect）可以在光子晶体中构建光拓扑绝缘体，在拓扑带隙中出现拓扑边界态。利用非线性介质的三阶非线性效应——四波混频（Four-wave mixing），输入的两个泵浦光光子湮灭，产生一对信号光与闲置光。研究团队证明在光拓扑绝缘体中产生的信号光与闲置光之间是连续频率纠缠的，且由于信号光与闲置光的频率位于拓扑非平庸带隙内，因此，产生的连续频率纠缠双光子态受到拓扑保护，具有较强的鲁棒性。
图1. 在光拓扑绝缘体中实现受拓扑保护的连续频率纠缠双光子态
该研究工作将新奇的拓扑边界态应用于量子领域，在光拓扑绝缘体中同时实现了连续频率纠缠双光子态的产生及拓扑保护，为量子计算及量子通信等领域提供了新的方向。
该研究得到了广东省重点领域研发计划项目、国家自然科学基金面上项目的大力支持。
上海交大电院报道：https://www.seiee.sjtu.edu.cn/seiee/info/33836.htm
上海交大报道：https://news.sjtu.edu.cn/jdzh/20220104/166429.html