中国科技大学实现100兆赫带宽的单光子非互易传输

最近，中国科学技术大学郭广灿院士的石教授、丁冬生教授及其合作者利用原子系统在室温下实现了带宽超过磁光效应的单光子非互易传输。

该成果于3月19日《科学进展》在线发布。

非互易传输是控制信号的单向传输，是量子计算和量子网络的基本组成部分之一。以前，光的不可逆传输可以通过材料的磁光效应来实现。然而，由于强磁场的影响，这种不可逆器件很难集成和小型化。因此，在没有外加磁场的情况下，能够超越磁光效应的光学不可逆器件对光子集成系统尤为重要。

近年来，研究者相继提出了各种非磁性不可逆方案。然而，实现真正的单光子不可逆器件仍然是一个挑战。

石、丁冬生等教授长期致力于光与原子相互作用的研究。该团队在实验中实现了无腔光隔离器和环行器，证明了利用热原子气体室可以实现弱光下的四通道光环行器。

在此基础上，他们进行了单光子条件下的不可逆研究：利用冷原子系统产生标记单光子，利用单光子作为信息载体进入热原子隔离器。基于电磁感应透明和拉曼跃迁两种机制，实现了真单光子的双向不可逆传输，带宽可达几百兆赫。

他们还实现了多波段复用的光学非互易性，从而扩大了可以实现非互易性的信号波段范围。

据介绍，该实验研究利用了普遍存在的普通多普勒效应，并且由于热原子蒸汽室本身不涉及磁场，因此该装置简单，易于实现小型化和集成化。

此外，该结果在经典和量子信息处理的实际集成中具有潜在的应用价值。