Syntetiske dimensioner af høj orden i fotoniske bølgeledergitre

I fysikken, en meget intuitiv måde at beskrive udviklingen af ​​et system på foregår via specifikation af funktioner af de spatiotemporale koordinater. Endnu, der eksisterer ofte andre frihedsgrader, i forhold til hvilke de fysiske entiteter, der vedrører en række forskellige strukturer, kan ses at udvikle sig, og som ikke er tilgængelige for en beskrivelse via rumlige koordinater.

Dette er netop ideen om syntetiske dimensioner:sameksisterende rammer, hvor en bølgefunktion, defineret i bestemte frihedsgrader, antager en anden form, der 'lever' i et domæne med meget højere dimensioner, end hvad strukturernes (tilsyneladende) geometri antyder. Denne tilgang er ret tiltalende, da den kan bruges til at få adgang til og undersøge dimensioner ud over vores 3-dimensionelle verden, f.eks. 5-dimensional eller 8-dimensional, etc.

I vores seneste arbejde har vi vist, at et væld af højdimensionelle syntetiske gitter naturligt dukker op i (abstrakt) foton-talrum, når et fotonisk gitter med flere porte exciteres af N ikke-adskillelige fotoner. Mere præcist, Fock-repræsentationen af ​​N-fotontilstande i systemer sammensat af M evanescent koblede single-mode bølgeledere giver et nyt lag af abstraktion, hvor de tilknyttede tilstande kan visualiseres som energiniveauerne af et syntetisk atom. I fuld analogi med almindelige atomer, sådanne syntetiske atomer har tilladte og ikke tilladte overgange mellem dets energiniveauer.

Disse begreber har vidtrækkende implikationer, da de åbner en vej til den samtidige realisering af, i princippet, et uendeligt antal gitter og grafer med forskelligt antal noder og mange dimensioner. Denne mulighed er ret tiltalende for at realisere parallelle kvante-tilfældige ture, hvor de tilsvarende vandrere kan udføre forskellige antal trin på forskellige, plane og ikke-plane, multidimensionelle grafer, der afhænger af antallet af fotoner involveret i hver proces. Disse kvantevandringer kan implementeres, for eksempel, ved at excitere et simpelt fire-bølgeledersystem med en standard kvantelyskilde, der omfatter uendelige sammenhængende superpositioner af tilstande, f.eks. en sammenhængende tilstand |α> . Tilsvarende den symmetriske excitation af et system med to bølgeledere med identiske fotoner, når korrekt set i abstrakt rum, indeholder fænomenerne diskret diffraktion og Bloch-oscillationer.