“轨道角动量:从经典光学到量子信息”专辑前言

光子既是经典信息也是量子信息的理想载体。单个光子不仅可以携带自旋角动量,还可以携带轨道角动量。自旋角动量的研究历史比较悠久,早在1909年,Poynting就将宏观上光波的圆偏振态和微观上单个光子的自旋角动量联系起来。但直到1992年,荷兰Leidon大学的Allen等才在理论上确认光子也可以携带另外一种形式的角动量――轨道角动量,它来源于光波的螺旋相位。他们发现:具有螺旋相位结构exp(ilϕ)的光波,每个光子将携带lħ轨道角动量,其中l是任意整数。因此,与二维的偏振态相比,轨道角动量的重要意义在于构建一个高维的Hilbert空间,从而实现高维信息(包括经典信息和量子信息)的编码。

经过近三十年的发展,轨道角动量的制备、调控及应用研究目前已然成为国际光学领域的研究热点之一。从经典光学领域的新型光通信体制、光学微操控、新颖光学成像,到量子光学领域的高维量子信息编码、新型的量子信息协议、量子精密测量等,轨道角动量都展示出独特的魅力和诱人的应用前景。

为了反映该领域的最新研究进展与前沿动态,在主编郭光灿院士的倡议下,《量子电子学报》适时策划了“轨道角动量:从经典光学到量子信息”专辑。在国内该领域专家学者和研究人员的积极响应和共同努力下,本专辑最终收录20篇论文,包括14篇综述和6篇研究论文。从涉及的主题来看,既涵盖了轨道角动量制备及调控的各种器件、结构和方法,也包括了轨道角动量检测及应用的各种方案、原理和手段。涉及的具体研究领域既涵盖了基础物理方面的光自旋-轨道耦合效应、相干操控及手性效应,也包含了非线性光学方面的轨道角动量转换、调控,还包括量子光学与量子信息方面高维轨道角动量的量子态传输、关联效应、纠缠复用以及量子密钥分发等各类研究。这些论文很好地展现了国内该领域的最新研究进展,同时也展望了未来发展趋势和应用前景。

轨道角动量作为一个全新的光子自由度,已开拓了光学与光子学领域一系列全新的应用,但它的一些崭新特性和潜在应用仍有待科学家的继续探索,挑战和机遇并存！希望本专辑的推出能够吸引更多的专家学者,特别是优秀的青年学者,一起协同攻关,推进该领域研究的快速发展。

值此专辑发表之际,恰逢中国量子光学的开拓者之一、《量子电子学报》主编郭光灿院士八十华诞,谨以此专辑向我们的领路人表示崇高的敬意与诚挚的祝福！