近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)史保森教授、丁冬生教授與合作者利用室溫下的原子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超越磁光效應(yīng)的百兆赫茲帶寬單光子非互易傳輸。

該成果于3月19日在線發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

非互易傳輸就是控制信號(hào)的單向傳輸，實(shí)現(xiàn)單光子非互易傳輸?shù)钠骷?，是量子?jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)的基本元件之一。此前，光學(xué)非互易傳輸可通過材料的磁光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)，然而受強(qiáng)磁場(chǎng)影響，這種非互易器件很難集成化、小型化。因此，無需外加磁場(chǎng)能超越磁光效應(yīng)的光學(xué)非互易器件，對(duì)于光子集成體系顯得尤為重要。

近年來，研究人員陸續(xù)提出各種無磁非互易方案，然而，實(shí)現(xiàn)真實(shí)單光子非互易器件仍具挑戰(zhàn)。

史保森教授、丁冬生教授等人長(zhǎng)期致力于光與原子的相互作用研究，團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了無腔的光學(xué)隔離器和環(huán)形器，證明了利用熱原子氣室可以實(shí)現(xiàn)弱光下的四通道光學(xué)環(huán)形器。

在此基礎(chǔ)上，他們開展了單光子條件下的非互易研究：利用冷原子系統(tǒng)產(chǎn)生標(biāo)記單光子，并將單光子作為信息載體入射到熱原子隔離器，基于電磁感應(yīng)透明和拉曼躍遷兩種機(jī)制，實(shí)現(xiàn)真實(shí)單光子的雙向非互易傳輸，帶寬達(dá)數(shù)百兆赫茲。

他們還實(shí)現(xiàn)了多頻段復(fù)用的光學(xué)非互易，從而拓展了可實(shí)現(xiàn)非互易的信號(hào)頻段范圍。

據(jù)介紹，該實(shí)驗(yàn)研究利用常見的多普勒效應(yīng)，具有普適性，并且由于熱原子汽室本身不涉及磁場(chǎng)，器件簡(jiǎn)易，易于實(shí)現(xiàn)小型化、集成化。

此外，成果在實(shí)際可集成化的經(jīng)典和量子信息處理過程中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 百兆赫茲帶寬單光子