上海交大製備出軌道角動量波導光子晶片—新聞—科學網

2020-12-12 科學網

 

12月25日，記者從上海交通大學獲悉，該校物理與天文學院金賢敏教授團隊製備出世界上首個軌道角動量波導光子晶片，該研究成果近日發表於《物理評論快報》，並作為Editors』 Suggestion和Featured in Physics亮點文章在其網站首頁重點推薦，美國物理學會的《物理》期刊也同步發表亮點文章。

據悉，金賢敏團隊在國際上首次在光晶片內製備出可攜帶光子軌道角動量自由度的光波導，並實現在波導內高效和高保真地傳輸。這項研究進展使得未來在光子集成晶片內高效利用光子軌道角動量這一新興的自由度成為可能，為基於光子軌道角動量自由度的光信息以及量子信息技術晶片化集成化打開了大門。

近年來，由於扭曲光（twisted light）獨特的特性，具有「甜甜圈」分布的強度結構，螺旋型波陣面的位相結構，攜帶軌道角動量的動態特性，使其被廣泛地應用於光束縛、光操縱以及光鉗等領域。不同於光的自旋角動量，軌道角動量擁有無限的拓撲荷和內在的正交性，可以為模式多路分發提供巨大的資源，用於解決通信系統上信道容量緊縮的問題。而在量子光學與量子信息領域，光子軌道角動量，作為內稟的無限維的自由度，可將其用於分發高維的量子態以及構建高維希爾伯特空間的量子計算。

金賢敏團隊通過飛秒雷射直寫技術製備了首個波導橫截面為「甜甜圈」型的三維集成的軌道角動量波導光子晶片，使得軌道角動量這一新興自由度在晶片內操控得以在實驗中首次實現。這也將促進未來光子集成晶片上高維量子信息與高維量子計算的實現。

研究人員通過三維飛秒雷射直寫技術得到的「甜甜圈」波導可以有效地將簡併的軌道角動量模式分開。此「甜甜圈」型波導是由12根相互之間有輕微重疊的波導和高折射率芯所組成的。通過測量從晶片出來的扭曲光與參考光的幹涉以及對晶片前後的態作投影測量，實驗驗證了此波導可以高效高保真地傳輸低階軌道角動量模式，特別是傳輸總效率高達60%。對於高階模式，目前加工出來的波導，會讓其轉化為低階模式。同時實驗發現，此波導也可以高保真地傳輸三比特的「qutrit」態，超越了傳統的兩比特的「qubit」態。這暗示著此波導將很有潛力可以用於高維量子態的傳輸與操控。

相關論文信息：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.233602

https://physics.aps.org/articles/v11/125

相關焦點

  • 首個軌道角動量波導光子晶片問世 有望在量子計算等領域大顯身手
    科技日報13日消息，據美國《物理評論快報》網站近日報導，上海交通大學金賢敏團隊研製出了全球首個軌道角動量（OAM）波導光子晶片。這是首次在光晶片內製備出可攜帶光子OAM自由度的光波導，並實現光子OAM在波導內高效和高保真地傳輸。
  • 中國科技威武,成功研製全球首個軌道角動量波導光子晶片,點讚!
    隨著中國經濟的快速增長，也讓中國在各個領域中的發展越來越快，「科學技術就是第一生產力」是當初我國偉大的無產階級家鄧小平同志提出的理念，正是在這一理念之下，中國科技幾十年來取得了跨越式的進步，最近，中國研製出全球首個軌道角動量波導光子晶片的新聞，讓世界各國驚嘆，這表明了我國科技又一次獲得了重大突破
  • 金賢敏團隊製備出矢量渦旋光輻射器光子集成晶片
    光子集成晶片內矢量渦旋光的嵌入式產生，使得在單個晶片內實現產生、傳輸和操控一體化變得可能。結合陣列化集成能力，該工作為大規模集成化地利用光子軌道角動量自由度資源，以及開展高容量通信和高維量子信息處理奠定了基礎。該嵌入式的矢量渦旋光輻射器光子集成晶片技術已經獲得了國際PCT專利。
  • ...校夏可宇、陸延青等與上海交大合作實現光子晶片上矢量渦旋光產生
    Vortex Beam Emitter Embedded in a Photonic Chip」為題發表了最新研究成果，建立了光子晶片雷射直寫控制模型，提出了包含軌道角動量光模式的張量形式耦合模理論並實驗實現了光子晶片上矢量渦旋光的高效率產生。
  • 科學網—光子軌道角動量糾纏量子存儲實現
    本報訊（記者楊保國）近日，中國科學技術大學郭光燦院士帶領的中科院量子信息重點實驗室史保森小組在高維量子中繼研究方向取得重要進展，首次在國際上實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲
  • 科學網—科學家首次利用光學晶片實現光子角動量編碼技術
    本報訊（記者彭科峰）日前，中科院長春光機所顧敏院士領導的研究團隊首次利用光學晶片實現了納米尺度下對光子角動量的操控。
  • 光子颶風|攜帶光子橫向軌道角動量的光學時空渦旋
    概述近日，上海理工大學莊松林院士和顧敏院士領導下的未來光學國際實驗室納米光子學重點團隊在光子軌道角動量研究領域取得重大突破，首次從理論到實驗展示了具有時空螺旋相位並攜帶光子橫向軌道角動量的新型光場，展示了一個全新的光子軌道角動量自由度，在光通訊、光信息處理、量子光學、粒子操控
  • 中國科大首次實現光子軌道角動量糾纏的量子存儲
    本報訊（記者王磊 通訊員楊保國）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室史保森小組在高維量子中繼研究方向取得重要進展，在國際上首次實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲，進一步證明了基於高維量子中繼器實現遠距離大信息量量子信息傳輸的可行性。
  • 光子的自旋角動量和軌道角動量
    角動量又分為自旋和軌道兩部分，這裡主要討論它們的物理起源，以及解釋光子的自旋為什麼是±1。得到場動量後便可求出角動量（對rxp積分）又有Maxwell方程A可得第二部分的角動量為這便是光子的軌道角動量，起源於電磁場（phase front）徑向分布的相位，下圖顯示了不同的helical
  • 中國科大國際上首次實現光子軌道角動量的量子存儲
    中國科學技術大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室在高維量子信息存儲方面取得重要進展：該實驗室史保森教授領導的研究小組在國際上首次實現了攜帶軌道角動量、具有空間結構的單光子脈衝在冷原子系綜中的存儲與釋放，證明了建立高維量子存儲單元的可行性，邁出了基於高維量子中繼器實現遠距離大信息量量子信息傳輸的關鍵一步。這項研究成果在線發表在《自然·通訊》上。
  • 不僅要逆襲ASML,還要首發光子晶片,美國斷供計劃徹底泡湯
    縱觀整個全球晶片產業鏈，無論是上遊的高端技術還是關鍵零部件國內晶片代工廠都缺乏，也沒有在哪個領域能夠做到前端的企業，就是內存晶片，國內也僅佔百分之三，而美韓兩國就佔到了百分之七十多。之所以會落後如此之多，主要是錯過了兩次晶片發展的時機，第一次就是在晶片剛發明出來不久，當時的美日韓歐在該領域不分上下，而那時卻沒有參與進來，第二次機會就是在90年代之後，這時由於技術的更迭，晶片領域出現了新的機會，可由於在1996年由西方的42個發達國家籤署的瓦森納協議，遭遇了技術封鎖，因此也沒有趕上這次晶片發展的好時機，導致現在處處落後西方的晶片企業，所以現在想要迎頭趕上正是自然是難上加難
  • 上海交大金賢敏團隊與合作者在光子晶片中實現量子與非邏輯門
    10月14日，國際物理學權威期刊《物理評論快報》以「Integrated Quantum-Walk Structure and NAND Tree on a Photonic Chip」為題發表了上海交通大學金賢敏團隊與南方科技大學翁文康教授合作的最新研究成果：提出一種通過耦合鏈產生高斯波包的量子滑梯結構，並利用該量子滑梯實現了量子與非邏輯門器件
  • 棄研電子晶片?中國晶片界「另闢蹊徑」,華為或迎新轉機?
    我們常常聽說的晶片都是電子晶片，但是我國已經在光子晶片上做出了突破，在光子領域研發出了第一個軌道角動量波導光子晶片，這是全球首例研發出光子晶片的技術突破光子晶片如果說能夠棄研電子晶片，把研發投入到光子晶片上，並且實現量產，或許中國晶片會走在世界前沿。這是從未有過的，而這一切，都從軌道角動量波導光子晶片上完全部署。
  • 2019年度中國光學十大進展揭曉—新聞—科學網
    首個三維光學拓撲絕緣體 浙江大學陳紅勝教授課題組與其合作者，成功研製了首個三維光學拓撲絕緣體，將三維拓撲絕緣體從費米子體系擴展到了玻色子體系，有望大幅度提高光子在波導中的傳輸效率。 關鍵量子信息器件——「三高」量子糾纏光源研究 中山大學王雪華教授團隊與其合作者，提出一種能克服光子側向和背向洩漏、並能極大提高光子前向出射的新型微納「射燈」結構，其單光子理論收集效率在較大的帶寬中超過90%、最高可達95%，在國際上率先製備出同時具備「三高」的量子糾纏光子對源。
  • 可密集集成和任意路由的模分復用光子晶片
    哈爾濱工業大學（深圳）徐科副教授、宋清海教授與上海交通大學杜江兵副研究員、何祖源教授團隊合作，通過對波導有效折射率的精細調控實現了片上模分復用關鍵器件的小型化，並完成了三模式復用的高速信號3×112 Gbit/s在片上的任意傳輸和互連。這為片上多模光學系統的大規模集成解決了模間串擾和損耗問題。
  • 看凹陷包層波導如何在集成光子學領域大放異彩
    對於凹陷包層波導，理論上軌跡線可以排布出任意幾何形狀的波導截面，但圓形截面更容易與光纖對接，所以應用最廣。波導的直徑大小也可以靈活調控，從而支持從可見光到近紅外甚至中紅外波段光的傳輸，導模也可以從單模變化到多模。凹陷包層波導的一個非常重要的優點是在大多數晶體中都支持TE、TM兩種偏振模式，所以適用於偏振無依賴的抽運光源或基於相位匹配的頻率轉換器。
  • 潮科技|2D單光子發射器與氮化矽波導耦合,向光子集成電路邁出重要...
    據麥姆斯諮詢報導，由比利時微電子研究中心（imec）、根特大學（Ghent University）和麻省理工學院（MIT）研究人員組成的光子學研究小組近日宣布，他們已經將基於二維（2D）層狀材料的單光子發射器（SPE）集成到氮化矽（SiN）光子晶片中。即使只有中等量子產率，也可以設計介電腔，使單光子提取進入統一的波導模式。
  • 上海交大發布全球首款專用光量子計算軟體
    本文轉載自上海交通大學光量子信息實驗室 今天，上海交通大學金賢敏教授帶領的光子集成與量子信息實驗室發布了全球首款專用光量子計算軟體！
  • 日媒:中國再次「彎道超車」,這項技術能將晶片變得「一文不值」
    其實這種類似的事情我們並不是第1次遇到，在我國剛剛開始發展的時候，類似的情況早就已經發生過很多遍了，而一個日本媒體人就表示一定要小心，中國說不定還能再次彎道超車，比如說他們最近發現的這項技術能夠將晶片變得一文不值。
  • ...深圳大學袁小聰教授在物理類頂尖期刊PRL上發表光子軌道角動量...
    近日，山東理工大學物理與光電工程學院滿忠勝副教授在光子軌道角動量研究領域獲得突破性進展，相關成果以「Dual Coaxial Longitudinal Polarization Vortex Structures」為題發表於國際物理領域頂級期刊《Physical Review Letters》（物理評論快報）上。