在充滿活力的光學物理領域，研究人員正在不斷突破如何操縱和利用光進行實際應用的界限。

據(jù)《Advanced Photonics Nexus》報道，哈爾濱工業(yè)大學（HIT）的一項研究介紹了一種分類和區(qū)分各種類型矢量結構光束（VSB）的方法，有望在光通信和量子計算領域取得重大進展。論文題為 “利用自旋多路衍射超表面同時分揀任意矢量結構光束”。

圖片:sorting-complex-light.jpg

多層自旋多路復用超表面在多路復用衍射神經網(wǎng)絡（MDNN）中充當神經元，用于檢測和分類矢量結構光束。

與以簡單直線軌跡傳播的傳統(tǒng)光束不同，矢量結構光束可形成復雜、錯綜復雜的圖案。這些光束不僅通過強度和波長等傳統(tǒng)方式傳輸信息，還通過復雜的空間和偏振配置傳輸信息。它們的多功能性使其成為數(shù)據(jù)編碼和通信的理想選擇。

高效管理和利用 VSB 一直是一項重大挑戰(zhàn)。它們固有的復雜性要求在實際應用中采用精確的分類和識別方法。提高光通信的效率、帶寬和安全性，促進量子計算的創(chuàng)新，都取決于我們能否有效地處理這些錯綜復雜的光束。

哈工大研究團隊研究的核心是一種基于自旋多路衍射超表面的緊湊、高效設備。這種經過精心設計的表面在微觀層面上運行，可以非常精確地操縱光束。

該裝置引導光束穿過一系列經過精細調整的超表面層。每一層都以精確的方式與光線相互作用，將光線逐步塑造成預定的圖案。當光線從設備中射出時，每種 VSB 類型都被明顯地分離出來，并可根據(jù)其獨特的特征進行識別。這種同步分類能力為高維通信和量子信息處理帶來了新的可能性。

技術影響包括：

□ 光通信： 以更高的速度傳輸更多數(shù)據(jù)并提高安全性仍然是一個關鍵目標。超表面處理復雜光束的能力表明，數(shù)據(jù)傳輸模式有可能發(fā)生轉變，從而提高現(xiàn)有物理基礎設施的效率。

□ 量子計算： 量子信息處理從根本上有別于經典計算。對光束的精確控制為加速量子計算系統(tǒng)提供了新的途徑。

挑戰(zhàn)與展望

雖然這項研究取得了巨大進步，但將該設備集成到現(xiàn)有技術框架中并優(yōu)化其實際應用仍具有挑戰(zhàn)性。不過，研究人員對其未來的影響持樂觀態(tài)度，并在積極完善這項技術。

該研究的資深通訊作者丁衛(wèi)強教授說：“我們在光操縱技術方面取得的突破，標志著我們向復雜光束的實際應用邁出了關鍵一步。通過促進對這些光束的精確控制，該技術不僅增強了現(xiàn)有能力，還為科學探索開辟了新途徑�！�

從實驗室創(chuàng)新到廣泛實際應用的過程是錯綜復雜的，但隨著這些開創(chuàng)性的進步，通向日常集成的道路變得越來越清晰可見。

相關鏈接：https://phys.org/news/2024-06-complex-metasurface-advances-optical-physics.html

論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1117/1.APN.3.3.036010