对复杂光束进行分类新型超表面设计推动光学物理学的发展

在光学物理的动态领域，研究人员正在不断突破操纵和利用光进行实际应用的界限。

据《Advanced Photonics Nexus》报道，哈尔滨工业大学 (HIT) 的一项研究介绍了一种对各种矢量结构光束 (VSB) 进行分类和区分的方法，有望在光通信和量子计算方面取得重大进展。该论文的标题为“利用自旋复用衍射超表面同时对任意矢量结构光束进行分类”。

与以简单直线轨迹传播的传统光束不同，VSB 被设计成形成复杂、错综复杂的图案。这些光束不仅通过强度和波长等传统方式传输信息，还通过复杂的空间和偏振配置传输信息。它们的多功能性使其成为数据编码和通信的理想选择。

有效管理和利用 VSB 一直以来都是一项重大挑战。其固有的复杂性要求在实际应用中采用精确的分类和识别方法。提高光通信的效率、带宽和安全性以及促进量子计算的创新取决于我们有效处理这些复杂光束的能力。

哈尔滨工业大学研究团队研究的核心是一款基于自旋复用衍射超表面的紧凑高效设备。这种精心设计的表面在微观层面上运作，能够以惊人的精度操纵光束。

该设备引导光束穿过一系列精细调节的超表面层。每一层都以精确的方式与光相互作用，逐渐将其塑造成预定的图案。当光从设备中发出时，每种 VSB 类型都会被明显区分，并可通过其独特特性进行识别。这种同时分类能力为高维通信和量子信息处理开辟了新的可能性。

技术影响包括：

光通信：以更高的速度传输更多数据并提高安全性仍然是一个关键目标。超表面处理复杂光束的能力表明数据传输可能会发生范式转变，从而提高现有物理基础设施的效率。

量子计算：量子信息处理与传统计算有着根本区别。对光束的精确控制为加速量子计算系统开辟了新途径。

挑战与展望

虽然这项研究代表了一项巨大的进步，但将该设备集成到现有技术框架中并针对实际应用进行优化仍然具有挑战性。尽管如此，研究人员对其未来的影响持乐观态度，并积极改进该技术。

资深通讯作者丁伟强教授表示：“我们在光操纵技术方面的突破标志着复杂光束实际应用的关键一步。通过实现对这些光束的精确控制，该技术不仅增强了现有的能力，而且为科学探索开辟了新的途径。”

从实验室创新到广泛实际应用的历程是复杂的，但随着这些开创性的进步，走向日常融合的道路变得越来越切实可行。

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