全球首個軌道角動量(OAM)波導光子芯片問世

據美國《物理評論快報》網站近日報道，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制備出可攜帶光子OAM自由度的光波導，并實現光子OAM在波導內高效和高保真地傳輸。最新研究作為亮點文章在網站首頁被重點推薦，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在正交性，可用于解決通信系統信道容量緊縮的問題。而在量子信息等領域，光子OAM可用于分發高維量子態以及構建高維量子計算機。

但大規模應用OAM需要將其傳輸、產生及操縱一體化，而此前的研究均無法讓OAM存在于芯片內部。

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進行投影測量，實驗證實，此波導可高效高保真地傳輸低階OAM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，超越傳統兩比特的“量子比特(qubit)”態，表明此波導有潛力用于高維量子態的傳輸與操控。

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。據悉，該團隊已為該波導芯片向國家知識產權局申請了發明專利。

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