研究团队在光子集成电路（PIC）上实现了可编程旋量晶格，为在集成光子系统中实现非阿贝尔物理提供了实验平台。非阿贝尔物理的特征在于，即便采用相同的基本操作单元，最终结果仍会随操作顺序不同而改变。

该工作由首尔大学电气与计算机工程系俞成圭教授、朴南圭教授牵头，联合首尔大学电气与计算机工程学院朴贤智教授以及英国埃克塞特大学李詹森教授完成。研究团队展示了拓扑量子比特操作原理可在经典系统中进行模拟，并提出在该平台上实现不同于既有路径的新型拓扑物理现象的可能性。相关成果已发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

在拓扑光子学方向，利用光子集成电路实现低功耗、超高速计算的研究持续推进，但光对缺陷与误差较为敏感，给实际应用带来挑战。作为替代思路，研究界日益关注借助拓扑特性实现对缺陷更具韧性、更加稳定的光学计算。研究团队指出，非阿贝尔特性也是微软等机构探索的拓扑量子计算的关键原理之一，其通过对具备内禀抗缺陷特性的光态进行稳健控制，为器件设计提供新的自由度。

研究团队同时提到，大规模光子集成电路仍面临制造差异引发的误差积累，以及器件间相互作用导致可重复性下降等问题，影响稳定计算的实现。

为实现非阿贝尔特性，需要精确控制光的多个内部自由度之间的耦合，这类耦合通常以包含振幅与相位信息的矩阵形式表征。研究团队表示，过去缺乏支持此类矩阵控制的系统化设计方法。针对上述难点，团队提出一种光子集成电路方案，实现光物理属性之间耦合的通用矩阵值控制，并在此基础上发现并实现新的非阿贝尔动力学与拓扑光子特性。

具体而言，研究人员引入光子构建模块，利用光学元件在伪自旋模式之间实现渐逝耦合，从而完成矩阵值耦合操作。基于该平台，团队演示了拓扑量子计算核心机制之一的“编织”操作，使光子模式能够进行交织，进而以“编织”光态的方式模拟非阿贝尔量子现象。

此外，研究人员在不同拓扑材料的边界处观察到被称为“非阿贝尔界面”的现象：拓扑保护的光学态在界面发生杂化，并导致能带隙重新打开。研究团队认为，这一结果揭示了新的光子自由度，有望在同一平台上兼顾高抗误差性与高效可编程性，而这两点均是光学计算的重要需求。

研究团队表示，该成果建立了拓扑物理、非阿贝尔动力学与可重构光子集成电路之间的直接联系，并为降低传统光子计算系统中因缺陷敏感而带来的反复微调与稳定化成本提供了思路。平台也为同时实现稳健抗误差操作与用户定义的灵活控制提供了设计空间。

共同通讯作者俞成圭与朴南圭表示，该研究“成功最大化了可在光子集成电路中实现的拓扑自由度范围”，其长期目标是在硅光子集成电路中实现对缺陷具有韧性的光子人工智能。论文第一作者金炅勋称，这项工作加深了对非阿贝尔现象的理解，并希望成果能在人工智能与量子技术领域得到应用。

据介绍，金炅勋在首尔大学电气与计算机工程系以本科实习生身份主导该研究，目前在麻省理工学院（MIT）攻读博士学位，研究方向为超导量子计算机。