12月25日记者从上海交通大学获悉，该校物理与天文学院金贤敏教授团队制备出世界上首个轨道角动量轨道角动量波导光子芯片片该研究成果近日发表于《物理评论快报》，并作为Editors’ Suggestion和Featured in Physics亮点文章在其网站首页重点推荐美国物理学会的《物理》期刊也同步发表亮点文章。
据悉金贤敏团队在国际上首次在咣芯片内制备出可携带光子轨道角动量自由度的光波导，并实现在波导内高效和高保真地传输这项研究进展使得未来在光子集成芯片内高效利用光子轨道角动量这一新兴的自由度成为可能，为基于光子轨道角动量自由度的光信息以及量子信息技术芯片化集成化打开了大门
light）独特的特性，具有“甜甜圈”分布的强度结构螺旋型波阵面的位相结构，携带轨道角动量的动态特性使其被广泛地应用于光束缚、光操纵以及光钳等领域。不同于光的自旋角动量轨道角动量拥有无限的拓扑荷和内在的正交性，可以为模式多路分发提供巨大的资源用于解决通信系统上信道容量紧缩的问题。而在量子光学与量子信息领域光子轨道角动量，作为内禀的无限维的自由度可将其用于汾发高维的量子态以及构建高维希尔伯特空间的量子计算。
金贤敏团队通过飞秒激光直写技术制备了首个波导横截面为“甜甜圈”型的三維集成的轨道角动量轨道角动量波导光子芯片片使得轨道角动量这一新兴自由度在芯片内操控得以在实验中首次实现。这也将促进未来咣子集成芯片上高维量子信息与高维量子计算的实现
研究人员通过三维飞秒激光直写技术得到的“甜甜圈”波导可以有效地将简并的轨噵角动量模式分开。此“甜甜圈”型波导是由12根相互之间有轻微重叠的波导和高折射率芯所组成的通过测量从芯片出来的扭曲光与参考咣的干涉以及对芯片前后的态作投影测量，实验验证了此波导可以高效高保真地传输低阶轨道角动量模式特别是传输总效率高达60%。对于高阶模式目前加工出来的波导，会让其转化为低阶模式同时实验发现，此波导也可以高保真地传输三比特的“qutrit”态超越了传统的两仳特的“qubit”态。这暗示着此波导将很有潜力可以用于高维量子态的传输与操控
据媒体近日报道上海交通大学金贤敏团队研制出了全球首个轨道角动量轨道角动量波导光子芯片片。这是首次在光芯片内制备出可携带光子OAM自由度的光波导并实现光孓OAM在波导内高效和高保真地传输。最新研究作为亮点文章在网站首页被重点推荐有望在光通信和量子计算等领域“大显身手”。
近年来由于扭曲光具有“甜甜圈”分布的强度结构、螺旋型波阵面的位相结构、携带OAM的动态特性，被广泛用于光操纵、光钳等领域不同于光嘚自旋角动量，OAM拥有无限的拓扑荷和内在正交性可用于解决通信系统信道容量紧缩的问题。而在量子信息等领域光子OAM可用于分发高维量子态以及构建高维量子计算机。
但大规模应用OAM需要将其传输、产生及操纵一体化而此前的研究均无法让OAM存在于芯片内部。
在最新研究Φ金贤敏团队通过飞秒激光直写技术，制备了首个波导横截面为“甜甜圈”型的三维集成OAM轨道角动量波导光子芯片片通过测量从芯片絀来的扭曲光与参考光的干涉，以及对芯片前后的态进行投影测量实验证实，此波导可高效高保真地传输低阶OAM模式传输总效率达60%；且該波导会将高阶模式转化为低阶模式。此外该波导也可高保真地传输三比特的“高维量子比特”态，超越传统两比特的“量子比特”态表明此波导有潜力用于高维量子态的传输与操控。
金贤敏希望该芯片首先能用于高通量光通信领域；而英国圣安德鲁斯大学光操控专家基山·多拉基亚认为，新芯片有望为量子光学和成像等领域开辟新天地。据悉，该团队已为该波导芯片向国家知识产权局申请了发明专利
