CCNY研究人员在另一项光子学突破中使用芯片上的结构光

在日常生活中，我们以最简单的形式之一体验光——光线或光束。然而，光可以以更加奇特的形式存在。因此，甚至可以将光束成形为螺旋形;所谓的涡流光束，具有不寻常的特性。这样的光束可以使尘埃粒子旋转，就像它们确实沿着一些无形的螺旋线移动一样。

具有这种附加结构的光模式被称为“结构化”，甚至可以在人造光学材料——超材料中获得更奇特的结构光形式，其中多个光波聚集在一起并结合以产生最复杂的光形式。

Alexander Khanikaev 小组的纽约城市学院研究人员在他们最近的两篇作品中，分别发表在顶级期刊Science Advances和Nature Nanotechnology上，在硅芯片上创造了结构光，并利用这种附加结构获得了新的以前没有的功能和控制。

为此，创建了二维光学超材料，称为超表面，并承载一种特殊的结构光，就像涡旋光束一样旋转。通过在城市学院的 Khanikaev 实验室进行的实验，研究人员展示了一种新型陷阱，可以限制结构化光学模式并将它们引导到芯片上。

在他们的“Science Advances”工作中，研究人员表明，通过在两个方向上缓慢改变超表面的图案，可以创建光学谐振器来捕获结构光并辐射它。有趣的是，这种底层结构产生了不寻常的辐射光模式——光学涡旋光束。

正如“自然纳米技术”工作中所报道的那样，在一个方向上应用类似的缓慢变化的图案，研究人员已经为结构光创建了波导。这些通道允许引导光信号，同时保留光的内部结构。因此，这类似于电流在电线中的流动，如果我们可以让电线带有两种电荷的话。

有趣的是，这种电流最近在电子学中引起了极大的兴趣，并且设想了一种全新的电子设备，通常称为自旋电子学或谷电子学。在此类设备中，传输信号的不是电荷本身的流动，而是电子的自旋或谷，与传统电子设备相比，这有望带来许多优势。

Khanikaev 的工作设想了一个类似的概念，但使用的是光而不是电子。然而，与电子系统相比，光学和光子学有一个显着优势——光学模式不会像电子那样受到退相干的影响，这对量子技术来说至关重要。出于多种原因，Khanikaev 小组的演示可用于量子应用。因此，添加的光学模式结构可用于以量子比特的形式对量子信息进行编码。然后，这些信息可以在芯片上传输或发射到自由空间，用于远程系统之间的量子信息通信。

朝着这个方向前进，Khanikaev 小组目前正致力于利用结构光的量子态来实现这些想法，并在其光子纳米结构中实现量子逻辑。