中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)基于簡(jiǎn)并腔內(nèi)渦旋光子的拓?fù)淞孔幽M

　　來(lái)自中國(guó)科大的消息顯示，中國(guó)科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在基于人工合成維度的量子模擬方面取得重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)、韓永建等人將攜帶不同軌道角動(dòng)量的光子（又稱為渦旋光子）束縛在簡(jiǎn)并光學(xué)諧振腔內(nèi)，通過(guò)引入光子的自旋軌道耦合人工合成了一維的拓?fù)渚Ц瘢瑸橥負(fù)淞孔幽M開(kāi)創(chuàng)了一種新的方法。

　　渦旋光子攜帶的軌道角動(dòng)量數(shù)目原理上可以無(wú)限，是構(gòu)建人工合成維度的理想載體。

　　在人工合成維度的量子模擬研究方面，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的周正威教授研究組早在2015年就首次理論提出基于人工合成光子軌道角動(dòng)量維度實(shí)現(xiàn)量子模擬的方案。李傳鋒、許金時(shí)等人在這一方向上進(jìn)行了長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)探索，先后搭建了基于平面鏡、球面鏡和橢球面鏡的簡(jiǎn)并光學(xué)腔，實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)超過(guò)46階軌道角動(dòng)量模式的諧振。

　　在此基礎(chǔ)上，研究組創(chuàng)造性地在駐波簡(jiǎn)并腔中引入具有各向異性的液晶相位片（如圖a所示），實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)渦旋光子軌道角動(dòng)量和光子自旋（即偏振）的耦合。腔內(nèi)光子所攜帶的軌道角動(dòng)量是整數(shù)分立的，與一維離散晶格相對(duì)應(yīng)。因此攜帶不同軌道角動(dòng)量的光子可以等效為位于不同晶格格點(diǎn)上的準(zhǔn)粒子，并通過(guò)自旋自由度將具有不同軌道角動(dòng)量的光子耦合起來(lái)，從而模擬粒子在不同晶格格點(diǎn)之間的來(lái)回躍遷（如圖b所示）。

實(shí)驗(yàn)裝置與理論模型示意圖：a. 簡(jiǎn)并光學(xué)諧振腔b. 人工合成光子軌道角動(dòng)量晶格（圖片來(lái)源：中國(guó)科大）

　　其次，研究組利用共振能譜探測(cè)技術(shù)，直接刻畫(huà)了該自旋軌道耦合系統(tǒng)的態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)；利用該實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)異的可調(diào)諧性能，清晰展現(xiàn)了周期性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能帶打開(kāi)和閉合的演化過(guò)程；除此之外，還進(jìn)一步引入不同的演化時(shí)序，系統(tǒng)地研究了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特性并探測(cè)到拓?fù)淅@數(shù)。

　　該成果驗(yàn)證了利用渦旋光子固有自旋和軌道角動(dòng)量作為人工合成維度的可行性，為研究豐富的拓?fù)湮锢硐到y(tǒng)提供了一個(gè)高度緊湊的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

　　該成果于4月19日在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上發(fā)表。論文的共同第一作者是中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生楊木，以及碩士研究生張昊清、廖昱瑋。本研究得到科技部、國(guó)家基金委、中國(guó)科學(xué)院、安徽省的支持。

　　轉(zhuǎn)自：C114通信網(wǎng)

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