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光物理学：四次元ヒルベルト空間におけるスピン–軌道マイクロレーザー発光
Nature 612, 7939 doi: 10.1038/s41586-022-05339-z
大容量で雑音耐性が高い次世代の通信技術や計算技術への一歩は、情報空間の次元を大幅に増やし、エキゾチックな群対称性を特徴とするN次元（N > 2）ヒルベルト空間に重ね合わせ状態を合成することである。フォトニックデバイスやフォトニックシステムの急速な発展にもかかわらず、合成次元の増大に本質的に伴う2（N − 1）自由度の厳密な要求を満たすのに十分な再構成可能性がないために、オンチップ情報技術の大半は2準位系に限られている。次元の拡張に向けて、最近登場したベクトルレーザーやマイクロ共振器に精力的な取り組みが行われているものの、多様で高次元の光の重ね合わせ状態を要求に応じて能動的に調整することは、依然として大きな課題である。今回我々は、任意の4準位状態をチップスケールで柔軟に生成・操作するための、超次元スピン–軌道マイクロレーザーを実証する。非エルミート合成ゲージ場を通して結合した2つのマイクロ共振器が、スピン–軌道結合した6自由度の光状態を放出するように設計されている。自由空間に放出されたレーザー光のベクトル状態は、SU(4)対称性を定義するブロッホ超球面上にマッピングでき、高次元の重ね合わせ状態の動的生成と再構成を高い忠実度で実証している。
