近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊史保森教授、丁冬生教授與合作者利用室溫下的原子系統(tǒng)，實現(xiàn)超越磁光效應的百兆赫茲帶寬單光子非互易傳輸。

該成果于3月19日在線發(fā)表于《科學進展》。

非互易傳輸就是控制信號的單向傳輸，實現(xiàn)單光子非互易傳輸?shù)钠骷?，是量子計算和量子網絡的基本元件之一。此前，光學非互易傳輸可通過材料的磁光效應實現(xiàn)，然而受強磁場影響，這種非互易器件很難集成化、小型化。因此，無需外加磁場能超越磁光效應的光學非互易器件，對于光子集成體系顯得尤為重要。

近年來，研究人員陸續(xù)提出各種無磁非互易方案，然而，實現(xiàn)真實單光子非互易器件仍具挑戰(zhàn)。

史保森教授、丁冬生教授等人長期致力于光與原子的相互作用研究，團隊在實驗上實現(xiàn)了無腔的光學隔離器和環(huán)形器，證明了利用熱原子氣室可以實現(xiàn)弱光下的四通道光學環(huán)形器。

在此基礎上，他們開展了單光子條件下的非互易研究：利用冷原子系統(tǒng)產生標記單光子，并將單光子作為信息載體入射到熱原子隔離器，基于電磁感應透明和拉曼躍遷兩種機制，實現(xiàn)真實單光子的雙向非互易傳輸，帶寬達數(shù)百兆赫茲。

他們還實現(xiàn)了多頻段復用的光學非互易，從而拓展了可實現(xiàn)非互易的信號頻段范圍。

據(jù)介紹，該實驗研究利用常見的多普勒效應，具有普適性，并且由于熱原子汽室本身不涉及磁場，器件簡易，易于實現(xiàn)小型化、集成化。

此外，成果在實際可集成化的經典和量子信息處理過程中具有潛在應用價值。

關鍵詞： 百兆赫茲帶寬單光子