人类在三维空间中体验世界，但日本的一项合作开发了一种创建合成维度的方法，以更好地理解宇宙的基本规律，并可能将其应用于先进技术。他们于1月28日在《科学进展》杂志上发表了他们的研究成果。
论文作者、横滨国立大学电气和计算机工程系教授Toshihiko Baba说：“过去几年，维度的概念已经成为当代物理学和技术不同领域的一个核心固定因素。虽然对低维材料和结构的研究是富有成效的，但拓扑学的快速发展已经发现了更多潜在的有用现象，这些现象取决于系统的维度，甚至超越了我们周围世界的三个空间维度。”
拓扑学指的是几何学的延伸，它在数学上描述了具有在连续变形中保留的属性的空间，如莫比乌斯带的扭曲。据Toshihiko 说，当与光结合时，这些物理空间可以以一种允许研究人员诱发高度复杂现象的方式被引导。
在现实世界中，从一条线到一个正方形再到一个立方体，每个维度都提供了更多的信息，同时也需要更多的知识来准确描述它。在拓扑光子学中，研究人员可以创建一个系统的额外维度，允许更多的自由度和对以前无法获得的特性进行多方面的操作。
Toshihiko说：“合成维度使得在低维设备中利用高维概念成为可能，并降低了复杂性，同时也推动了关键设备的功能，如片上光学隔离。”
研究人员在硅环形谐振器上制造了一个合成维度，使用的是用于制造互补金属氧化物半导体（CMOS）的相同方法，这种计算机芯片可以存储一些内存。环形谐振器根据特定的参数，如特定的带宽，应用导向器来控制和分割光波。
据Toshihiko说，硅环形谐振器光子装置获得了“梳状”的光学光谱，产生了对应于一维模型的耦合模式。换句话说，该装置产生了一个可测量的属性--一个合成维度--使研究人员能够推断出系统的其他部分的信息。
虽然所开发的设备由一个环组成，但更多的环可以堆叠起来，以产生级联效应并快速表征光频信号。Toshihiko表示，关键是，他们的平台，即使有堆叠的环，也比以前的方法小得多，而且紧凑，以前的方法采用光纤连接到各种组件。
Toshihiko表示：“一个更可扩展的硅光子芯片平台提供了一个相当大的进步，因为它允许具有合成尺寸的光子学受益于成熟和复杂的CMOS商业制造工具箱，同时也为多维拓扑现象引入新型设备应用创造了条件。 ”
Toshihiko说，该系统的灵活性，包括根据需要重新配置的能力，补充了真实空间中的等效静态空间，这可以帮助研究人员绕过真实空间的尺寸限制，了解甚至超越三维的现象。
“这项工作显示了拓扑和合成维度光子学可以通过硅光子学集成平台实际使用的可能性，”Toshihiko说。“接下来，我们计划收集所有拓扑和合成维度的光子元素，以建立一个拓扑集成电路。”
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