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新的純量子二極管效應發現

   隨著量子技術的深入發展,量子元器件越來越成為科學家關注的熱點。近日,湖南師范大學物理與電子科學學院教授景輝,首次提出了一種具有“量子非互易特性”的二極管實現方案。方案涉及的新奇量子二極管效應,有望在單光子態操縱、光量子計算和量子光通訊等領域獲得重要應用。這一結果日前發表在國際物理學期刊《物理評論快報》上。

       所謂“非互易性”,即對同一器件,同一信號從相反方向輸入,表現出不一樣的輸出特性的性質。這種性質在隱形傳感、隱形斗篷及噪聲屏蔽通信等方面有非常重要的應用,并已在諸多人工光聲電器件中被研究和實現。不過,更多為經典力學領域的“非互易”特性應用。

       最近,景輝和以色列理工學院科研人員在光學系統中實現了光學二極管:對一個旋轉光學微腔,從一邊入射的光能完全透射,而從另一邊入射的光卻無法透射。景輝稱,無論電流導通與否、光透射與否,都是大量電子或光子的集體行為,屬宏觀世界中的經典效應。由此形成的經典二極管,是當今電子電路和無線電通信中不可或缺的元器件。

       不過,量子通信及量子計算中需要少光子、甚至單光子級別的量子二極管。這一論文,則提出了一種依賴方向的“非互易光子阻塞”量子二極管實現方案。通過光學微腔旋轉,光從左邊入射時,光子以均勻時間間隔逐個到達探測器,表現出量子行為。同樣的光從右邊入射時,大量光子幾乎同時到達探測器,表現出經典行為。這一工作也為探究經典世界與量子世界的邊界與共存等基礎科學問題提供了新的思路和方向。

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