為了開發像量子計算機這樣的未來技術，科學家們需要找到方法來控制光子，光子即光的基本粒子，就像科學家已經可以控制電子一樣，電子是電子計算中的基本粒子。不幸的是，光子遠比電子更難操縱，電子對力的反應，就像孩子們都能理解的磁力一樣簡單。但現在，斯坦福大學領導的研究團隊，首次創造了一種可以精確控制光子的“偽磁力”，其研究成果發表在《科學》期刊上。

在短期內，這種控制機制可以用來通過光纜傳送更多的網際網路資料。其研在未來，這一發現可能會促使基於光的晶片發明，這種晶片將提供比電子晶片更強大的計算能力。研究的第一作者、博士後學者阿維克·達特(Avik Dut)說：我們所做的是如此新奇，以至於可能性才剛剛開始成為現實。從本質上說，研究人員“欺騙”了本質上不具磁性相互作用的光子，使其表現出帶電電子的行為。

研究通過傳送光子通過精心設計的迷宮來實現這一點。這種方式使光粒子的行為，就像是受到科學家所稱的“合成”或“人造”磁場作用。電氣工程教授、這項研究背後的資深科學家範善輝（音譯）說：我們設計的結構能夠產生磁力，能夠以可預測和有用的方式推動光子。雖然仍處於實驗階段，但這些結構代表了現有計算模式的進步，儲存資訊完全是為了控制粒子的可變狀態。

科學家們通過開啟和關閉晶片中的電子來建立數字0和1來做到這一點，使用磁性來控制光子的顏色（或能級）和自旋（無論它是順時針還是逆時針方向）之間相互作用的晶片，會比簡單的開關電子產生更多可變狀態。這些可能性將使科學家能夠在基於光子的裝置上處理、儲存和傳輸比今天使用電子晶片可能的更多資料。為了將光子帶到產生這些磁效應所需的附近，斯坦福大學的研究人員使用了鐳射、光纜和其他現成的科學裝置。

建造這些結構使科學家們能夠推斷出效果背後的設計原則。最終將不得不創造奈米級的結構，體現同樣的原理來製造晶片。同時，已經找到了一種相對簡單的新機制來控制光子，這是令人興奮的。從超冷原子物理到光子學，創造合成維度已經引起了許多科學分支的極大熱點。這樣的能力為實現有效規範勢和新穎的拓撲物理提供了一個通用平臺，這些在實際系統中可能很難或不可能實現。

本研究還證明了結構化光學環腔可以支撐一個以上的合成維度。在調製下，諧振器內部的不同自由度耦合被用來合成兩個額外維度，然後研究人員模擬許多通常與凝聚態系統相關的複雜物理現象。

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-020-2006-5