近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊史保森教授、丁冬生教授與合作者利用室溫下的原子系統(tǒng)，實現(xiàn)超越磁光效應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《科學進展》。

非互易傳輸就是控制信號的單向傳輸，實現(xiàn)單光子非互易傳輸?shù)钠骷?，是量子計算和量子網(wǎng)絡的基本元件之一。此前，光學非互易傳輸可通過材料的磁光效應實現(xiàn)，然而受強磁場影響，這種非互易器件很難集成化、小型化。因此，無需外加磁場能超越磁光效應的光學非互易器件，對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，實現(xiàn)真實單光子非互易器件仍具挑戰(zhàn)。

史保森教授、丁冬生教授等人長期致力于光與原子的相互作用研究，團隊在實驗上實現(xiàn)了無腔的光學隔離器和環(huán)形器，證明了利用熱原子氣室可以實現(xiàn)弱光下的四通道光學環(huán)形器。

在此基礎上，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，基于電磁感應透明和拉曼躍遷兩種機制，實現(xiàn)真實單光子的雙向非互易傳輸，帶寬達數(shù)百兆赫茲。

他們還實現(xiàn)了多頻段復用的光學非互易，從而拓展了可實現(xiàn)非互易的信號頻段范圍。

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

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

關鍵詞： 百兆赫茲帶寬單光子