據美國《物理評論快報》網站近日報道，上海交通大學金賢敏團隊研製出了全球首個(ge) 軌道角動量（OAM）波導光子芯片。這是首次在光芯片內(nei) 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(nei) 高效和高保真地傳(chuan) 輸。最新研究作為(wei) 亮點文章在網站首頁被重點推薦，有望在光通信和量子計算等領域“大顯身手”。

近年來，由於(yu) 扭曲光（twisted light）具有“甜甜圈”分布的強度結構、螺旋型波陣麵的位相結構、攜帶OAM的動態特性，被廣泛用於(yu) 光操縱、光鉗等領域。不同於(yu) 光的自旋角動量，OAM擁有無限的拓撲荷和內(nei) 在正交性，可用於(yu) 解決(jue) 通信係統信道容量緊縮的問題。而在量子信息等領域，光子OAM可用於(yu) 分發高維量子態以及構建高維量子計算機。

但大規模應用OAM需要將其傳(chuan) 輸、產(chan) 生及操縱一體(ti) 化，而此前的研究均無法讓OAM存在於(yu) 芯片內(nei) 部。

在最新研究中，金賢敏團隊通過飛秒激光直寫(xie) 技術，製備了首個(ge) 波導橫截麵為(wei) “甜甜圈”型的三維集成OAM波導光子芯片。通過測量從(cong) 芯片出來的扭曲光與(yu) 參考光的幹涉，以及對芯片前後的態進行投影測量，實驗證實，此波導可高效高保真地傳(chuan) 輸低階OAM模式，傳(chuan) 輸總效率達60%；且該波導會(hui) 將高階模式轉化為(wei) 低階模式。此外，該波導也可高保真地傳(chuan) 輸三比特的“高維量子比特（qutrit）”態，超越傳(chuan) 統兩(liang) 比特的“量子比特（qubit）”態，表明此波導有潛力用於(yu) 高維量子態的傳(chuan) 輸與(yu) 操控。

金賢敏希望該芯片首先能用於(yu) 高通量光通信領域；而英國聖安德魯斯大學光操控專(zhuan) 家基山·多拉基亞(ya) 認為(wei) ，新芯片有望為(wei) 量子光學和成像等領域開辟新天地。據悉，該團隊已為(wei) 該波導芯片向國家知識產(chan) 權局申請了發明專(zhuan) 利。