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中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室在基于人工维度的全光器件的设计方面获得新进展。该实验室教授周正威小组在理论上明确提出通过调控晶格光腔中的轨道角动量光子可以构建仅有光量子存储器和滤波器，这为光学人工维度的应用于首创了一条新的道路。主要研究成果于7月14日公开发表在国际学术期刊《大自然-通讯》[Nat.Commun.8,ArticleNumber16097(2017)]上。
仅有光器件在传统的光通讯、量子信息等领域十分最重要，但全光器件的设计是基于光子在现实空间中的传播和干预，它必须对大量的光学元件展开准确地掌控，从而造成仪器而简单的全光器件十分难以实现。周正威等人明确提出了一种全新的设计仅有光器件的思路——即：通过调控光子的内部维度来构建器件的设计。他们将光子的轨道角动量维度同构为人造维度上的一个个空间格点，通过精妙地设计这些人造维度中格点的光子，从而等效了光子在现实空间维度上的传播。于是，通过调控光子在人工维度上的不道德，最后才可构建仅有光器件的功能。
利用这一思路，可以大大简化仅有光器件设计上的可玩性，在此基础上，他们明确提出在这个系统中如何设计构建全光的量子存储器和光学滤波器。这个设计的精妙之处在于，所有的这些光子轨道角动量模式（借以同构人工维度上的空间格点）都可以包括在一个能量晶格的光腔中，通过可选非常简单的光路，才可构建这些简并模式之间的光子。
这一利用光子内部维度来同构人工维度的思想，最先亦为周正威等人明确提出，他们公开发表理论文章，建议可以用来仿真创建于人工维度上的具备流形性质的光子晶体[Nat.Commun.6,ArticleNumber7704(2015)]以及周期驱动下的流形材料的性质[Phys.Rev.Lett.118,083603(2017)]。而当前的这一工作，则是首次明确提出利用光学人工维度上的调控来构建仅有光器件的设计。
目前，中科院量子信息重点实验室的李传锋两组正在积极开展这个全新方向上的实验工作，他们早已可行性制取顺利包括这些晶格的光学轨道角动量模式的光腔[Opt.Lett.42,2042(2017)]。中科院量子信息重点实验室博士罗期望为文章的第一作者，周正威、周幸祥为文章的通讯作者。
这项工作获得国家基金委、中科院、科技部、教育部的资助。仅有光器件的设计原理示意图a）传统的全光器件是基于光子在现实空间中的传播和干预，须要仪器地调控大量光学原件。b）利用光子在人工维度上的传播和干预来设计新型的全光器件。
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