講座內(nèi)容：集成光非互易傳輸比如光子隔離在集成光學(xué)和量子光學(xué)中有重要應(yīng)用，但也一直是一個(gè)挑戰(zhàn)性難題。傳統(tǒng)光非互易器件是通過塊體磁光材料外加磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)，或者利用光學(xué)非線性材料或?qū)Σ牧鲜┘訒r(shí)變調(diào)控。這些傳統(tǒng)方法可以用于隔離經(jīng)典光。由于單光子電磁場(chǎng)太弱，這些方法往往失效。光——物質(zhì)量子相互作用為調(diào)控光子傳播提供了有力手段。我們基于手性腔和波導(dǎo)量子電動(dòng)力學(xué)原理提出了兩個(gè)單光子隔離器方案和一個(gè)單光子回旋器方案[1]。我們利用一個(gè)V型原子與手性光學(xué)腔和光波導(dǎo)耦合。手性腔和波導(dǎo)中，光子偏振（即自旋）與光子傳播方向有關(guān)。利用偏振選擇特性，原子與相向傳播的光子有不同耦合，構(gòu)成手性量子光學(xué)系統(tǒng)，打破時(shí)間反演對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)光子非互易傳輸。在沒有外加磁場(chǎng)作用下可以隔離單光子反射。將原子制備在不同初始量子態(tài)，我們還可以反轉(zhuǎn)器件光非互易行為。如果原子制備在量子糾纏態(tài)，這種光非互易特性也會(huì)糾纏。我們的單光子隔離器和回旋器方案已經(jīng)被著名維也納量子科技中心Arno Raushenbeutel教授小組實(shí)驗(yàn)演示[2,3]。他們的工作多次被媒體報(bào)道。我們的單光子回旋器也被認(rèn)為是兩個(gè)僅有的方案之一[4]。

[1] Keyu Xia et al., “Reversible nonmagneticsingle-photon isolation using unbalanced quantum coupling”, Phys. Rev. A 90, 043802(2014).

[2] C. Sayrin et al., “Nanophotonic Optical IsolatorControlled by the Internal State of Cold Atoms”, Phys. Rev. X 5, 041036 (2015).

[3] Michael Scheucher et al, “Quantum optical circulatorcontrolled by a single chirally coupled atom”, Science 354, 1577 (2016).

[4] Peter Lodahl et al., “Chiral quantum optics” Nature(London), 541, 473 (2017).