最新研究成果有望促进定向量子网络的发展

近日，山西大学光电研究所教授沈恒带领的离子陷阱量子计算与模拟实验室团队与湖南师范大学教授景辉团队合作，在非厄米系统非互易量子相关研究方面取得重要进展。相关研究成果于5月23日在自然光子学上发表(Nature Photonics)。

“手性”是指物体与其镜像之间的不对称性，广泛存在于自然界中，在物理基本定律、化学反应、生物结构、材料工程甚至星系分布中发挥着关键作用。在量子物理学领域，手性为控制光与物质的相互作用提供了强大的工具，帮助实现手性量子网络、手性成像和定向光子传输。

利用手工行为，科学家们成功地演示了量子路由器、单光子量级环形器和二极管，为单向信号处理和反向通信提供了技术手段。然而，过去的研究主要集中在相关光或单光子的单向控制上，迫切需要实现单向反聚束效应或单向纠缠等非经典对应物的非互易量子效应。

基于飞行原子的手动非厄米系统显示了双通道之间的非易量子关联。具体来说，当两束空间分离和偏振相同的光束在原子系统中相对传输时，量子关联就会出现;当两束光同向传播时，量子关联就会消失。

因此，只有在保持两束光偏振一致的情况下，才能在两个通道之间建立和消除一束光的传播方向。研究进一步证明，利用团队早期开发的弗洛凯控制技术，这种非易量子关联可以扩展到多色边带系统。

研究成果为实现单向量子效应开辟了一条新路径，有望促进定向量子网络和非互易量子计量的发展。

该研究得到了科技部重点研发计划青年项目、国家自然科学基金青年项目、国家光量子技术与设备重点实验室、山西省重大科技项目、省部共建极端光学协同创新中心的支持。

山西大学是第一单位和通信单位。其中，光电研究所博士生张子墨为论文第一作者，副教授徐忠孝、日本理化研究所黄冉博士为共同第一作者，沈恒、景辉、合肥理工大学教授陈冰为通讯作者。