中国科大完成实在单光子非互易传输

中国科学技能大学郭光灿院士团队在单光子非互易传输的试验研究中取得紧张希望：该团队史保森传授、丁冬生传授与南京大学夏可宇传授和日本理化所的Franco Nori传授互助，使用室温下的原子体系实现了逾越磁光效应的百兆赫兹带宽单光子非互易传输。该研究结果于2021年3月19日在线颁发在国际着名期刊Science Advances。

实现单光子非互易传输的器件是量子盘算和量子网络的根本元件之一，涉及到时间反演对称破缺和非厄米动力学等道理。简洁讲非互易传输便是操纵信号的单向传输，很多现实的物理历程中都涉及了信号的单向传输，好比电子在二极管中的单向传输。同样，单光子信号的非互易传输在量子信息处置惩罚历程中也具有紧张应用，现在是量子信息范畴中的紧张课题之一。光学非互易传输传统上可以通过质料的磁光效应实现，然而受强磁场的影响，这种非互易器件很难集成化、小型化，是以无需外加磁场可以或许逾越磁光效应的光非互易器件对付光子集成体系显得尤为紧张。只管近些年来，研究职员连续提出了种种无磁非互易的方案，然而实现真实单光子非互易器件仍旧具有很大的挑衅。

史保森传授、丁冬生传授等人一向致力于光与原子的相互作用的研究，使用克尔非线性效应在试验上实现了无腔的光学断绝器和环形器[Phys. Rev. Research 2, 033517(2020)]，证明白使用热原子气室可以实现弱光下的四通道光学环形器。在此底子上，他们开展了单光子条件下的非互易研究：使用冷原子体系孕育发生了标志单光子，并将单光子作为信息载体入射到热原子断绝器，基于电磁感到透亮和拉曼跃迁两种机制实现了真实单光子的双向非互易传输，断绝度为22.5+/-0.1dB，带宽达数百兆赫兹。除此之外，他们还实现了多频段复用的光学非互易，从而拓展了可实现非互易的信号频段范畴。该试验研究使用常见的多普勒效应，具有普适性，而且因为热原子汽室自己不涉及磁场，器件简单，易于实现小型化、集成化，是以该效果在现实可集成化的经典和量子信息处置惩罚历程中具有潜伏应用代价。

图1.原子热活动诱导的光学非互易道理表示图和试验装置图

图2.单光子非互易试验效果

文章链接：http://advances.sciencemag.org/content/7/12/eabe8924.full

（本文转自中国科大官网）