Чип-интегрированные источники одиночных фотонов-скрьомионов на основе метаповерхностей

Скрьомоны, топологически устойчивые конфигурации поля, недавно получили развитие в классической оптике как структурированный свет для приложений с высокой плотностью данных. Управляемая генерация скрьомонов одиночных фотонов на чипе, что крайне желанно для квантовых информационных технологий, остается сложной задачей из-за наноразмерного ограничения квантовых излучателей. Здесь мы демонстрируем платформу квантового излучателя с интегрированной метаповерхностью, обеспечивающую генерацию скрьомонов одиночных фотонов на чипе при комнатной температуре. Ближнеполевая связь между квантовым излучателем и специально спроектированными поверхностными решетками мета-атомов опосредует спин-орбитальное взаимодействие, преобразуя нано локализованное дипольное излучение в свободно распространяющиеся фотонные моды с топологической структурой. Применяя этот подход для структурирования квантового излучения от различных цветовых центров в нанодаймондах, мы реализуем разнообразные скрьомионные состояния, включая высоко порядковые анти-скрьомоны и скрьомиум, что демонстрирует универсальность метода для разных квантовых излучателей. Наша работа устанавливает единый подход к чип-интегрированным источникам структурированного квантового света, предлагая универсальный контроль высокоразмерных топологических состояний, таких как скрьомоны, и продвигая масштабируемые квантовые фотонные технологии.