北京大學王劍威研究員、胡小永教授、龔旗煌教授課題組與中國科學院微電子研究所楊妍研究員等合作者，將大規模硅基集成光芯片與拓扑光學緊密結合，首次實現了一種完全可編程的拓扑光子芯片。該芯片為模擬拓扑材料並預測其物理性質，提供了全新硬件平台，可動態模擬包含無序、缺陷和非均勻介質的真實材料體系，為拓扑材料科學研究和拓扑光子技術發展提供了新途徑。這一研究成果日前以《可編程拓扑光子芯片》為題在線發表於《自然·材料》。

王劍威介紹，因其獨特物理特性，拓扑絕緣體長期以來備受關注。通過構建可控的人工拓扑量子體系，科學家們希望能夠模擬拓扑材料物性，觀察新奇拓扑物理現象，並研制新型拓扑量子器件。常見人工拓扑量子體系包括光學、冷原子、離子與超導等，其可控能力主要體現在所有原子全局可調控、單個原子獨立可調控兩方面，而后者對實驗提出了巨大挑戰。

北京大學團隊與合作者通過結合大規模硅基集成光學與拓扑光學，成功研制出一種完全可編程的拓扑光子芯片。這款芯片基於可重構的集成光學微環陣列，在僅11mm×7mm的面積內集成了2712個元件，首次成功實現了完全可編程的光學人造原子晶格。同時，研究人員在單一芯片平台上實現了包括動態拓扑相變、多晶格拓扑絕緣體、統計相關拓扑魯棒性以及安德森拓扑絕緣體等多種拓扑現象的實驗驗証。

論文審稿的三名國際匿名評審人對本項工作給予高度評價，並指出：“這項工作証明了集成拓扑光子芯片的全能性，是本領域一項重大技術突破。該拓扑光子芯片代表了本領域最前沿的研究成果，也是迄今為止最為全面全能的可編程拓扑光子器件。”

“多功能且快速可編程的拓扑光子芯片，充分展現了大規模集成光學技術與前沿拓扑材料物理研究的結合，為先進光子芯片在前沿領域的應用提供了新范式。”研究團隊表示，通過發展大規模硅基集成光子技術與異質異構集成技術，有望為拓扑物理材料的模擬提供更加有效的解決方案。團隊后期將重點研究可相互作用的光學拓扑量子芯片，進一步拓展集成光學、量子光學與拓扑物理的前沿交叉。（記者晉浩天）

分享讓更多人看到