首個軌道角動量波導光子芯片問世

據(jù)美國《物理評論快報》網(wǎng)站近日報道，上海交通大學金賢敏團隊研制出了全球首個軌道角動量（OAM）波導光子芯片。這是首次在光芯片內(nèi)制備出可攜帶光子OAM自由度的光波導，并實現(xiàn)光子OAM在波導內(nèi)高效和高保真地傳輸。最新研究作為亮點文章在網(wǎng)站首頁被重點推薦，有望在光通信和量子計算等領域“大顯身手”。

近年來，由于扭曲光（twisted light）具有“甜甜圈”分布的強度結構、螺旋型波陣面的位相結構、攜帶OAM的動態(tài)特性，被廣泛用于光操縱、光鉗等領域。不同于光的自旋角動量，OAM擁有無限的拓撲荷和內(nèi)在正交性，可用于解決通信系統(tǒng)信道容量緊縮的問題。而在量子信息等領域，光子OAM可用于分發(fā)高維量子態(tài)以及構建高維量子計算機。

但大規(guī)模應用OAM需要將其傳輸、產(chǎn)生及操縱一體化，而此前的研究均無法讓OAM存在于芯片內(nèi)部。

在最新研究中，金賢敏團隊通過飛秒激光直寫技術，制備了首個波導橫截面為“甜甜圈”型的三維集成OAM波導光子芯片。通過測量從芯片出來的扭曲光與參考光的干涉，以及對芯片前后的態(tài)進行投影測量，實驗證實，此波導可高效高保真地傳輸?shù)碗AOAM模式，傳輸總效率達60%；且該波導會將高階模式轉化為低階模式。此外，該波導也可高保真地傳輸三比特的“高維量子比特（qutrit）”態(tài)，超越傳統(tǒng)兩比特的“量子比特（qubit）”態(tài)，表明此波導有潛力用于高維量子態(tài)的傳輸與操控。

金賢敏希望該芯片首先能用于高通量光通信領域，而英國圣安德魯斯大學光操控專家基山·多拉基亞認為，新芯片有望為量子光學和成像等領域開辟新天地。據(jù)悉，該團隊已為該波導芯片向國家知識產(chǎn)權局申請了發(fā)明專利。