研究人員發現量子關聯單向控制“開關”

科技日報訊 （記者韓榮）記者6月10日從山西大學獲悉，該校光電研究所教授申恆帶領團隊與湖南師範大學教授景輝團隊合作，在非厄米系統非互易量子關聯研究方面取得重要進展。相關研究論文日前發表於《自然·光子學》。

手性，即物體與其鏡像的不對稱性。手性廣泛存在於自然界中，在物理基本定律、化學反應、生物結構、材料工程乃至星系分佈中發揮着關鍵作用。在量子物理學領域，手性為控制光與物質相互作用提供了強大工具，助力實現手性量子網絡、手性成像和定向光子傳輸。

利用手性效應，科學家已成功演示了量子路由器、單光子量級的環形器和二極管等的功能，這些器件為單向信號處理、抗反向作用通信等提供了技術手段。

然而，既往研究多集中於相干光或單光子的單向調控，當前迫切要求實現無經典對應物的非互易量子效應，如單向反聚束效應或單向糾纏現象。

研究團隊基於飛行原子的手性非厄米體系，展示了手性誘導的雙通道間非互易量子關聯。具體而言，當兩束空間分離、偏振相同的光在原子系綜中相向傳輸時，量子關聯顯現；而當兩束光同向傳播時，量子關聯消失。

因此，僅需在保持兩束光偏振一致的情況下翻轉其中一束光的傳播方向，即可在兩個通道間實現量子關聯的建立與消除。

研究進一步證明，利用團隊前期發展的弗洛凱調控技術，這種非互易量子關聯可拓展至多色邊帶系統。研究發現了量子關聯的方向性控制“開關”，為實現單向量子效應開闢了新路徑，有望推動定向量子網絡和非互易量子計量等新興方向的發展。