EDITOR'S SUGGESTION

Nonreciprocal Photon Blockade Based on Zeeman Splittings Induced by a Fictitious Magnetic Field

Xin Su (苏欣), Biao-Bing Jin (金飚兵), Jiang-Shan Tang (唐江山), and Keyu Xia (夏可宇)

Chin. Phys. Lett. 2024, 41 (7): 074202

DOI: 10.1088/0256-307X/41/7/074202

文章亮点

首次理论提出利用原子与光学腔手性耦合的量子系统实现非互易光子阻塞。该工作理论提出无需外磁场或机械旋转的全光非互易光子阻塞方案，有望实现片上集成的非互易单光子操控，这对手性量子信息技术领域的应用具有重要意义。

上：实现非互易光子阻塞的手性量子光学系统示意图。沿负z轴方向施加一个左旋圆偏振控制光场，生成一个沿正z轴方向的虚幻磁场，通过调节控制光强度可以任意调节原子两个激发态的等效塞曼劈裂的大小。顺时针腔模的倏逝电场在腔外侧壁为右旋圆偏振，而逆时针腔模在外侧壁为左旋圆偏振。左下：系统的方向性本征能级结构。从上侧驱动系统时，出现单光子共振；从下侧驱动系统时，出现双光子共振。右下：非互易光子阻塞的仿真结果。从相反方向驱动系统得到的等时二阶及三阶相关函数表明：从上侧驱动系统时，出现单光子阻塞；从下侧驱动系统时，发生双光子隧穿。

基于虚幻磁场诱导塞曼劈裂的非互易光子阻塞

研究背景

光学非互易性定义为当光源与探测器位置互换时光信号的传输性质发生变化。少光子水平的非互易传输或非互易的量子态操控，特别是非互易光子阻塞，在非传统的量子信息处理方面具有极大应用前景。通过传统磁光方法实现的经典或量子光学非互易性难以集成到芯片上。近年来，各种无磁量子非互易性方案，包括旋转谐振腔的Sagnac效应、手性量子光学系统、极化-动量锁定和单向驱动场调控的光力耦合，已被理论提出及实验展示，以应用于集成光路中。然而，迄今为止几乎所有已实现的可集成无磁非互易阻塞方案都依赖于旋转非线性谐振腔。探索无需机械旋转且兼容于芯片的全光非互易阻塞方案不仅有潜力简化器件设计，还能推动量子非互易性领域的进步。

内容简介

近日，南京大学夏可宇教授团队与金飚兵教授合作，提出利用微环腔和单个V型能级原子手性耦合来实现非互易光子阻塞的理论方案。该方案通过圆偏振控制光场创建了一个虚幻磁场，可以对原子的超精细磁能级实现等效的塞曼劈裂。利用这一效应结合手性光学，可以实现V型原子的两个跃迁与腔模的方向性失谐耦合，从而产生量子非互易性。具体表现为，当从两个相反的方向驱动微环腔时，输出场分别呈现单光子阻塞或两光子隧穿。

研究意义和重要性

该工作提供了一种新的机制来实现无需机械旋转和外加磁场的全光非互易光子阻塞，这在免受背散射噪声影响的量子通信和手性量子光子学中具有重要的应用价值。

中国物理学会旗舰期刊

1

国家自然科学奖一等奖代表性成果一项

2

未来科学大奖代表性成果二项

3

中国科协优秀科技论文5篇

4

高被引原创论文数量在国内同类期刊中名列前茅

研究快讯回顾

研究快讯92研究快讯 · 目录上一篇研究快讯 | 自旋为1的玻色-爱因斯坦凝聚体中环暗孤子及其后形成的涡旋的动力学下一篇研究快讯 | 高温超导体La3Ni2O7中的电子关联和类似赝能隙的行为阅读原文