多层自旋多路复用超表面在多路复用衍射神经网络（MDNN）中充当神经元，用于检测和分类矢量结构光束。图片来源：X. Li et al.， doi 10.1117/1.APN.3.3.036010。

在光学物理学的动态领域，研究人员不断突破光在实际应用中的操纵和利用的界限。

据Advanced Photonics Nexus报道，哈尔滨工业大学（HIT）的一项研究介绍了一种分类和区分各种类型的矢量结构束（VSB）的方法，有望在光通信和量子计算方面取得重大进展。这篇论文的标题是“Simultaneous sorting of arbitrary vector structured beams with spin-multiplexed diffractive metasurfaces”。

与以简单、笔直的轨迹传播的传统光束不同，VSB 旨在形成复杂、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。

从历史上看，有效管理和利用 VSB 一直是重大挑战。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，并促进量子计算的创新，取决于我们有效处理这些复杂波束的能力。

HIT研究团队研究的核心是一种基于自旋多路复用衍射超表面的紧凑、高效的器件。这种精心设计的表面在微观层面上工作，以非凡的精度操纵光束。

该设备将光束引导穿过一系列经过微调的超表面层。每一层都以精确的方式与光线相互作用，逐渐将其塑造成预定的图案。当光线从设备中射出时，每种 VSB 类型都通过其独特的特性被明确区分和识别。这种同步分选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增强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，数据传输存在潜在的范式转变，从而在现有物理基础设施中实现更高的效率。

量子计算：量子信息处理从根本上不同于经典计算。对光束的精确控制为加速量子计算系统提供了新的途径。

挑战与展望

虽然这项研究代表了一个巨大的进步，但将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说：“我们在光操纵技术上的突破标志着复杂光束的实际应用迈出了关键的一步。通过促进对这些光束的精确控制，该技术不仅增强了现有能力，还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旅程错综复杂，但随着这些开创性的进步，通往日常集成的道路变得越来越有形。

更多信息：Xiaoxin Li et al， Simultaneous sorting of arbitrary vector structured beams with spin-multiplexed diffractive metasurfaces， Advanced Photonics Nexus （2024）.DOI： 10.1117/1.APN.3.3.036010