华东师范大学揭示固体高次谐波与光子随机行走一致性，提出非级联随机行走方案

近日，华东师范大学精密光谱科学与技术高等研究院蒋士成、潘晟哲、吴健科研团队揭示了高次谐波产生过程与光子随机行走的内在一致性，提出并验证了一种基于固体谐波的轨道角动量空间非级联随机行走新方案。研究成果以“Non-cascade random walks in solid-state high harmonic generation”为题发表于Nature Communications。华东师范大学为第一完成单位，博士研究生左子潭和王艺雯为论文的共同第一作者，潘晟哲副研究员、蒋士成副研究员与吴健教授为论文的共同通讯作者。

图1 Nature Communications在线刊发研究团队最新研究成果

随机行走描述了系统经过一系列随机过程形成的无规则运动，是现代搜索算法和信息处理领域中的重要模型。尽管光子体系由于其自由度多、调控灵活等优势，已经成为实现随机行走的关键载体，但现有方案受限于级联几何结构，系统的物理尺寸随行走步数迅速增长，制约了系统的稳定性和可扩展性。

在这项最新研究中，科研团队通过构建由光子自旋（二维硬币空间）与轨道角动量（无穷维位置空间）构成的复合希尔伯特空间，将固体谐波产生中的多光子转换过程与光子随机行走统一在同一物理框架下。进一步利用石英晶体的选择定则及高次谐波的非级联特性，成功实现了谐波光子在轨道角动量域的非级联随机行走，并通过自旋-轨道角动量层析技术精确测量了行走者的位置概率分布。该研究提供了一种利用超快电子响应实现飞秒量级随机行走的新方案，为基于光与物质相互作用的固态信息处理提供了全新的思路。

图2 光子角动量空间随机行走的示意图