遥遥领先！中国团队近期在拓扑光子学领域取得了突破性进展，成功研制出一种完全可编程的拓扑光子芯片。这一成果由北京大学物理学院现代光学研究所的王剑威研究员、胡小永教授和龚旗煌教授团队，联合中国科学院微电子研究所的杨妍研究员等合作者共同完成。
拓扑光子芯片的创新设计在仅11mm×7mm的面积内集成了2712个元件，包括高品质因子微环阵列和可任意独立调控的光学相移器与干涉仪。这一集成技术使得芯片能够实现完全可编程的光学人造原子晶格，为动态模拟真实材料体系中的无序、缺陷和非均匀介质提供了可能。
图：中国团队成功研制完全可编程的拓扑光子芯片
与传统的硅芯片相比，可编程拓扑光子芯片的优势主要体现在以下几个方面：
1. 动态模拟能力：可编程拓扑光子芯片可以动态模拟包含无序、缺陷和非均匀介质的真实材料体系，为拓扑材料科学研究和拓扑光子技术发展提供了新途径。
2. 高精度和高集成度：在仅有11mm×7mm的面积内，单片集成了高达2712个元件，其中包括96个高品质因子微环阵列，每一个的品质因子都达到了10^5^以上。
3. 任意独立调控：通过调控该拓扑芯片，可以实现人造原子间跃迁强度、跃迁相位的任意独立调控，以及晶格势垒的任意构造。
4. 多功能性：这种通用拓扑光子芯片可以快速重新编程以实现多功能性，从而为基础科学和拓扑技术的应用提供了一个通用平台。
5. 光学性能：可编程拓扑光子芯片在光学性能上达到了新的高度，可用于光通信、光计算等领域，展现巨大潜力。
6. 稳定性和鲁棒性：拓扑光子芯片具有高传输效率、对缺陷的鲁棒性，以及高单向性等特性，使其在光学器件中具有潜在的应用优势。
另外，拓扑绝缘体因其独特的物理特性和潜在应用而备受关注。中国团队研制的拓扑光子芯片能够模拟拓扑材料物性，观察新奇拓扑物理现象，并有助于新型拓扑量子器件的研制。这对于推动拓扑物理材料的模拟和拓扑光子技术的应用具有重要意义。
尽管拓扑光子学的研究取得了显著进展，但单人工原子独立可调控的拓扑器件在真实光学体系中的实现一直存在实验挑战。中国团队通过结合大规模硅基集成光学与拓扑光学，成功克服了这一难题，展示了灵活且快速可编程的拓扑光子芯片。
该研究成果得到了国际匿名评审人的高度评价，被认为是本领域一项重大技术突破，并代表了本领域最前沿的研究成果。研究团队表示，通过发展大规模硅基集成光子技术与异质异构集成技术，有望为拓扑物理材料的模拟提供更加有效的解决方案。未来，团队将重点研究可相互作用的光学拓扑量子芯片，进一步拓展集成光学、量子光学与拓扑物理的前沿交叉。
中国团队成功研制的完全可编程拓扑光子芯片，不仅是在高端光子芯片领域的一次重要突破，也为全球拓扑光子学的发展贡献了中国智慧和中国力量。随着技术的不断成熟和应用领域的拓展，这一成果将为未来信息技术的进步和量子计算等领域的发展带来深远影响。
*注：2024年5月22日，这项研究成果以“可编程拓扑光子芯片”（A programmable topological photonic chip）为题，发表在《自然・材料》（Nature Materials）期刊上。
