北京大学的王剑威研究员、胡小永教授和龚旗煌教授领导的课题组与中国科学院微电子研究所的杨妍研究员等合作者，成功地将大规模硅基集成光芯片与拓扑光学相结合，首次研发出一款完全可编程的拓扑光子芯片。
这款芯片为模拟拓扑材料并预测其物理性质提供了一个全新的硬件平台，能够动态模拟包含无序、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的发展开辟了新的道路。这项研究成果最近以《可编程拓扑光子芯片》为题，在线发表在《自然·材料》杂志上。
王剑威指出，拓扑绝缘体因其独特的物理特性一直备受关注。科学家们希望通过构建可控的人工拓扑量子体系，模拟拓扑材料的物性，观察新奇拓扑物理现象，并研制新型拓扑量子器件。常见的人工拓扑量子体系包括光学、冷原子、离子与超导等，其中可控能力主要体现在所有原子的全局可调控和单个原子的独立可调控两个方面，而后者的实现给实验带来了巨大的挑战。
北京大学团队与合作者通过将大规模硅基集成光学与拓扑光学相结合，成功研制出这款完全可编程的拓扑光子芯片。该芯片基于可重构的集成光学微环阵列，在仅为11mm×7mm的微小面积内集成了2712个元件，首次实现了完全可编程的光学人造原子晶格。此外，研究人员在单一芯片平台上成功验证了多种拓扑现象，包括动态拓扑相变、多晶格拓扑绝缘体、统计相关拓扑鲁棒性和安德森拓扑绝缘体等。
三位国际匿名审稿人对本项工作给予了高度评价，他们认为：“这项工作证明了集成拓扑光子芯片的全能性，是本领域的一项重大技术突破。该拓扑光子芯片代表了本领域最前沿的研究成果，也是迄今为止最为全面全能的可编程拓扑光子器件。”
研究团队表示：“多功能且快速可编程的拓扑光子芯片，充分展示了大规模集成光学技术与前沿拓扑材料物理研究的完美结合，为先进光子芯片在前沿领域的应用提供了新范式。”他们计划通过发展大规模硅基集成光子技术与异质异构集成技术，为拓扑物理材料的模拟提供更加有效的解决方案。在后续研究中，团队将重点关注可相互作用的光学拓扑量子芯片，以进一步拓展集成光学、量子光学与拓扑物理的前沿交叉领域。
