我國(guó)科學(xué)家提出單向量子聲子激光技術(shù)方案

在量子芯片中，跟超導(dǎo)比特耦合的聲子諧振器，是連接轉(zhuǎn)換光電信號(hào)和執(zhí)行量子邏輯操作的關(guān)鍵部件。這類相干聲子器件，在量子信息、納米力學(xué)與熱電材料、超靈敏傳感及無(wú)損檢測(cè)與地質(zhì)勘探等諸多領(lǐng)域具廣泛的應(yīng)用價(jià)值。不過(guò)，這一關(guān)鍵部件的制造，存在著一個(gè)技術(shù)“困擾”，即信號(hào)質(zhì)量和計(jì)算精度易受環(huán)境噪聲的干擾甚至破壞。湖南師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院教授景輝，提出了一種單向量子聲子激光技術(shù)，既能實(shí)現(xiàn)信號(hào)高保真度的定向放大，又可明顯抑制反向噪聲對(duì)芯片功能的干擾或損害。該技術(shù)方案不依賴材料非線性，方便拓展到集成陣列電路，填補(bǔ)了國(guó)際上單向聲子激光研究的空白，為量子計(jì)算、單向通信、隱身探測(cè)、熱流控制等的實(shí)際應(yīng)用提供了一種通用方法。相關(guān)成果2018年12月15日，在美國(guó)物理學(xué)會(huì)刊物《物理評(píng)論·應(yīng)用》上在線發(fā)布。

在這項(xiàng)工作中，景輝提出，可利用旋轉(zhuǎn)腔的相對(duì)論光學(xué)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)聲波的單向放大與傳輸。首先利用光學(xué)輻射壓，巧妙設(shè)計(jì)耦合腔參數(shù)，實(shí)現(xiàn)聲子相干放大，即聲子激光。然后利用相對(duì)論薩格納格效應(yīng)，即在沿著或逆著腔旋轉(zhuǎn)方向的光的頻率及輻射壓會(huì)存在差異，使其中一個(gè)方向產(chǎn)生的聲子相干放大，而相反方向的聲子激發(fā)則完全被禁戒。最終，實(shí)現(xiàn)了既可信號(hào)高保真度定向放大，又可明顯抑制反向噪聲對(duì)芯片功能的干擾的新型單向聲子相干放大技術(shù)。