in de natuurkunde, een zeer intuïtieve manier om de evolutie van een systeem te beschrijven verloopt via de specificatie van functies van de spatiotemporele coördinaten. Nog, er zijn vaak andere vrijheidsgraden in termen waarvan men de fysieke entiteiten die tot een verscheidenheid aan structuren behoren, kan zien evolueren en die niet vatbaar zijn voor een beschrijving via ruimtelijke coördinaten.

Dit is precies het idee van synthetische dimensies:naast elkaar bestaande kaders waarin een golffunctie, gedefinieerd in specifieke vrijheidsgraden, neemt een andere vorm aan die 'leeft' in een domein met veel hogere dimensies dan wat de (schijnbare) geometrie van de structuren doet vermoeden. Deze benadering is nogal aantrekkelijk omdat het kan worden gebruikt om dimensies buiten onze driedimensionale wereld te benaderen en te onderzoeken, bijv. 5-dimensionaal of 8-dimensionaal, enzovoort.

In ons recente werk hebben we aangetoond dat een groot aantal hoog-dimensionale synthetische roosters van nature ontstaan ​​in (abstracte) fotongetalruimte wanneer een meerpoorts fotonisch rooster wordt geëxciteerd door N niet te onderscheiden fotonen. Preciezer, de Fock-representatie van N-fotontoestanden in systemen die zijn samengesteld uit M evanescent gekoppelde single-mode golfgeleiders levert een nieuwe abstractielaag op, waarbij de bijbehorende toestanden kunnen worden gevisualiseerd als de energieniveaus van een synthetisch atoom. In volledige analogie met gewone atomen, dergelijke synthetische atomen hebben toegestane en niet-toegestane overgangen tussen de energieniveaus.

Deze concepten hebben verstrekkende implicaties omdat ze een weg openen naar de gelijktijdige realisatie van, in principe, een oneindig aantal roosters en grafieken met verschillende aantallen knopen en vele dimensies. Deze mogelijkheid is aantrekkelijk voor het realiseren van parallelle kwantum-willekeurige wandelingen waarbij de corresponderende wandelaars verschillende aantallen stappen kunnen uitvoeren op verschillende, vlak en niet-vlak, multidimensionale grafieken die afhankelijk zijn van het aantal fotonen dat bij elk proces betrokken is. Deze kwantumwandelingen kunnen worden geïmplementeerd, bijvoorbeeld, door een eenvoudig vier-golfgeleidersysteem te bekrachtigen met een standaard kwantumlichtbron die oneindige coherente superposities van toestanden omvat, bijv. een coherente staat |α> . evenzo, de symmetrische excitatie van een twee-golfgeleidersysteem met identieke fotonen, wanneer goed bekeken in de abstracte ruimte, kenmerken de verschijnselen van discrete diffractie en Bloch-oscillaties.